Новости

  • СОК 2019/07 Конденсационные котлы – отделяем правду от мифов

    Утверждение №1. Хотите лучшее — берите конденсационный котел!

    Такой совет продавцы бытовых котлов нередко дают покупателям, которые настроены на премиальное потребление. Дело в том, что в продуктовых линейках большинства известных брендов высокотехнологичные модели высшего ценового сегмента — это именно конденсационные котлы. В них используются качественные материалы и компоненты, реализуются последние инновационные решения, ранее отработанные на моделях для промышленного применения. Так что потребители, готовые платить за надежность и высокие технологии, часто останавливают свой выбор на конденсационных моделях, даже если конфигурация системы отопления не позволит реализовать все преимущества этого оборудования.

    Однако есть и исключения.

    «В нашей продуктовой линейке нет упрощенных низкобюджетных моделей. Низкотемпературные котлы Evolution и конденсационные Condensation оснащены аналогичными медными трубчатыми теплообменниками большой емкости и интеллектуальной системой управления ECO RADIO SYSTEM Visio. Все модели производятся только во Франции с ручным контролем качества компонентов и сборки, — отмечает Роман Гладких, технический директор FRISQUET, лидера французского рынка отопительного оборудования. — Поэтому мы рекомендуем выбирать котел не по цене, а исходя из его соответствия параметрам будущей системы отопления».

    Заключение: отчасти верно.

    Утверждение №2. Конденсационный котел не окупится никогда!

    Цена конденсационных котлов не менее чем на 20–30% выше, чем у традиционных агрегатов той же мощности (без учета затрат на подключение к канализации для отвода конденсата). Разницу в цене такая техника может окупить только за счет сокращения потребления топлива.

    Однако экономичность конденсационного котла напрямую зависит от температурного режима работы отопительной системы. Процесс конденсации водяных паров максимально эффективен, если температура теплоносителя в обратной магистрали не превышает 30–40оС, что возможно только в низкотемпературных системах отопления, например, с «теплыми полами». В классических высокотемпературных системах с радиаторами, где температура «обратки» выше 60оС, конденсационная технология почти не работает. В таких условиях конденсационные котлы по расходу топлива отличаются от традиционных всего на 3-5%.

    Срок окупаемости конденсационного котла также сильно зависит от цены топлива. Однако ситуация в корне меняется, если приходится использовать сжиженный газ, который гораздо дороже магистрального. В таком случае срок окупаемости составляет всего несколько лет. Разумеется, в том случае, если котел большую часть времени работает в режиме конденсации.

    Заключение: отчасти верно.

    Утверждение №3: В Европе можно устанавливать только конденсационные котлы.

    Европейские нормативы не оговаривают тип отопительного котла, но предъявляют жесткие требования к содержанию NO (оксида азота) и CO (угарного газа) в дымовых газах. Поскольку в конденсационных моделях уровень выброса токсичных соединений на 80–90% ниже, чем у традиционных агрегатов, они гарантированно соответствуют нормативам, а потому частные и коммерческие потребители предпочитают покупать именно их.

    Кроме того, использование конденсационных котлов поощряется на государственном уровне. Например, во Франции на них распространяется пониженный налог с продаж.

    «В структуре продаж нашей компании во Франции конденсационные котлы занимают 60%, а низкотемпературные — 40%, — рассказывает Роман Гладких. — Благодаря запатентованной горелке FlatFire обе линейки котлов Hydromotrix соответствуют действующим и готовящимся к вводу нормативам Евросоюза по выбросам оксида азота и угарного газа, то есть потребители могут выбирать конкретную модель исходя из параметров системы отопления и особенностей здания».

    Заключение: не верно!

    Утверждение №4. Конденсат можно сливать в септик или прямо «на грунт»

    Это не просто заблуждение покупателей. Такой совет зачастую дают продавцы и монтажники, если владелец объекта недвижимости не хочет тратиться на недешевую систему нейтрализации и отвода конденсата.

    В сутки бытовой конденсационный котел производит до 15–20 л конденсата с уровнем pH 3–5, что сравнимо с раствором уксусной кислоты. Такую жидкость нужно обязательно пропускать через фильтр-нейтрализатор, чтобы снизить ее кислотность. Иначе она может уничтожить биоактивный ил в септике, вызвать коррозию металлических канализационных труб или просто убить плодородный слой почвы, если кислый раствор выливается на грунт.

    Есть еще один нюанс. Монтажники могут пренебречь системой отвода и нейтрализации конденсата, если точно знают, что из-за конфигурации системы отопления котел будет работать только в малоэффективном высокотемпературном режиме, при котором конденсат не образуется.

    Заключение: не верно!

    Утверждение №5. Конденсационные котлы подходят только для отопления промышленных и коммерческих зданий

    Исторически первые котлы с конденсационной технологией начали выпускаться для промышленного и коммерческого применения и до сих пор активнее всего используются для отопления зданий большой площади. Однако в продуктовых линейках многих производителей есть настенные двухконтурные модели мощностью 25–50 кВт, которые предназначены для отопления и горячего водоснабжения коттеджей, таунхаусов и квартир площадью от 200–500 кв.м.

    Для повышения отказоустойчивости системы отопления такие котлы нередко подключают последовательно, используя каскадную схему. В моделях серии FRISQUET Condensation мощностью 32 и 45 кВт есть встроенный блок каскадного управления, так что они без дополнительного оборудования могут работать как ведущий (управляющий) или как ведомый котел. В каскад можно объединить до шести котлов суммарной мощностью до 270 кВт.

    Заключение: не верно!

    Утверждение №6. Конденсационные котлы не подходят для российского климата

    Наиболее ярко преимущества конденсационных котлов проявляются в условиях мягких европейских зим. Однако практика показывает, что при грамотно спроектированной системе теплоснабжения с теплыми полами даже в климатических условиях большинства российских регионов конденсационный котел будет работать в оптимальном режиме не менее 80% отопительного сезона. Выходить из режима конденсации он будет только в двух случаях — во время повышенного расхода горячей воды и в период сильных морозов, когда он будет работать на полную мощность.

    Заключение: не верно!

    Утверждение №7. КПД более 100% — просто маркетинговая уловка.

    Старые советские методики расчета КПД отопительных котлов не учитывали теплоту водяных паров, которые отводились вместе с дымовыми газами. Так что когда в России начали продаваться первые конденсационные котлы, где в теплообменнике утилизируется часть теплоты отходящих газов, продавцы с полным правом могли для привлечения покупателей заявлять про КПД 105–110%. Разница в КПД 15–20% по сравнению с обычными моделями также помогала обосновать для потребителя соответствующую разницу в цене.

    В Евросоюзе давно действует другая методика расчетов КПД, которая учитывает, в том числе и теплоту, содержащуюся в водяном паре дымовых газов. Так что там КПД больше 100% не появляется в рекламных материалах.

    Заключение: верно!

  • СОК 2019/06 Особенности балансировочных клапанов Giacomini

    Программа балансировочных клапанов ручного регулирования Giacomini, как отмечают многие, отличается «лаконичностью». Действительно, итальянский производитель имеет, по сути, всего одну серию латунных ручных балансировочных клапанов с некоторыми модификациями и одну — чугунных с фланцевым соединением.

    Производитель объясняет это универсальностью имеющихся моделей: «Нам не требуется выпускать различные клапаны для различных функций: регулирования, клапан-партнёр, запорный клапан и так далее, поскольку в одной модели мы сочетаем все функции».

    Действительно, балансировочный клапан Giacomini R206B, выпускаемый в размерах от Ду15 до Ду50, обеспечивает регулирование расхода с индикацией по градуированной шкале и возможностью фактического его вычисления при помощи дифференциального манометра, подключаемого к штуцерам клапана. Также клапан осуществляет перекрытие потока, дренаж, фиксацию настройки и импульсной трубки автоматического балансировочного клапана при регулировании перепада давления в двухтрубных системах отопления, то есть работу в качестве клапана-партнёра.

    Особенности балансировочных клапанов Giacomini. 6/2019. Фото 1

    Рабочие характеристики по давлению и температуре (до 25 кПа и до +120 °C) позволяют применять клапаны в широком диапазоне систем отопления, теплои холодоснабжения; корпус, выполненный из устойчивой к вымыванию цинка латуни DZR, и материалы уплотнения позволяют эксплуатировать эти клапаны также и в системах водоснабжения, в том числе питьевого.

    Конструктивной особенностью клапанов R206B является внутреннее калиброванное отверстие, то есть участок изменения расхода в клапане имеет фиксированное сечение отверстия, поэтому значение Kv постоянно для каждого размера клапана. Это значительно упрощает предварительную настройку и измерение расхода через специальные ниппели. Поэтому простым аналоговым или цифровым манометром дифференциального давления можно выполнить быстрое и точное измерение расхода через клапан — не требуется применение компьютера с большими базами данных, содержащими значения Kv.

    Модификация R206B-1 — изменённый, по сути, клапан «старшей» модели R206B. Уменьшение размеров и стоимости удаётся достичь исключением расходомера (участка переменного диаметра для определения фактического расхода) из конструкции клапана. Таким образом, для измерения расхода требуется подключать дополнительное устройство в гидравлический контур. Производитель комментирует: «Версия компактного балансировочного клапана создавалась, в первую очередь, для регулирования расхода по контурам квартир в так называемых “горизонтальных поквартирных системах” многоэтажных зданий. В проектах сейчас используется большое число таких клапанов, поэтому важно, чтобы их стоимость была невелика; и в то же время применяемые клапаны отличаются небольшими диаметрами и показателями расхода, поскольку регулируют систему отопления единственной и каждой квартиры».

    Для точной настройки в режимах с минимальным расходом, как отмечает производитель, была доработана шкала в позиции 0–10 % открытия клапана — введена градуировка с шагом 2 %. Клапан Giacomini R206B-1 так же выпускается в размерах Ду15, Ду20 и Ду25, что объясняется массовостью его применения для поквартирного регулирования в горизонтальных системах отопления.

    Особенности балансировочных клапанов Giacomini. 6/2019. Фото 2

    Особенность автоматического балансировочного клапана R206C — регулятор перепада давления с двумя диапазонами регулирования. Это первая и единственная модель на рынке, которая обладает возможностью переключения рабочего диапазона — низкий (5–30 кПа) и высокий (25–60 кПа). Выбор диапазона осуществляется переключателем, который находится под регулировочной рукояткой. Принцип двойного регулирования клапана Giacomini R206С основан на использовании пружин различной жёсткости с соответствующим переключателем; данный принцип запатентован. Клапан предназначен для автоматического поддержания заданного перепада давлений между подающим и обратным трубопроводами систем отопления и охлаждения. Выпускается в размерах от Ду15 до Ду50, имеет корпус из латуни DZR, усиленную мембрану увеличенной площади, что обеспечивает длительный период эксплуатации и точность настройки рабочего параметра. Клапан поставляется в комплекте с импульсной трубкой для соединения с подающим трубопроводом. Для облегчения монтажа трубки корпус мембраны выполнен поворотным. Клапан также имеет пару заглушённых отверстий для подключения дифференциального манометра.

    В 2019 году также анонсирована новая модель автоматических балансировочных клапанов — R206C-1, которая выпущена в дополнение к «старшей» серии R206C. При разработке новой серии основной задачей было уменьшение размеров и массы клапана, то есть создание компактной конструкции по привлекательной цене. При этом высокие рабочие характеристики должны были остаться неизменными. В отличие от «старшей» серии, новая модель имеет единственный рабочий диапазон перепада давления (5–30 кПа) и выпускается в трёх размерах: Ду15, Ду20 и Ду25. Новые клапаны, как и основная серия, имеют корпус из латуни DZR и усиленную рабочую мембрану. Клапаны R206С-1 обеспечивают функцию перекрытия трубопровода — они могут быть закрыты при помощи рукоятки, при этом настройка параметра перепада давления не изменяется. Компактные размеры клапана позволяют устанавливать его в стеснённых условиях, например, в распределительных коллекторных шкафах, а применение совместно с ручным компактным клапаном R206B-1 позволяет получить эффективную балансировочную пару для двухтрубных систем отопления.

    Клапаны автоматического регулирования расхода используются в системах с постоянным расходом — например, в вентиляционных установках, фанкойлах с постоянным потоком воды и переменной скоростью вентилятора для контроля комнатной температуры. Данные клапаны ограничивают расход до заданного значения, если некоторые потребители закрываются и расход у открытых обычно повышается. Также клапаны применяются для поддержания постоянства расхода в системах с вертикальными стояками отопления, которые также в значительном объёме проектируются в России.

    Клапаны Giacomini R206A отличает широкий ассортимент размеров (от Ду15 до Ду50) и диапазон поддержания постоянства расхода — от 0,27 до 16 м³/ч в зависимости от размера клапана. Корпус клапана выполнен из латуни, имеет место для установки ниппелей измерения перепада давления. Регулирующий картридж клапана снабжён двойным индикатором со шкалами целых значений настроек (от 1 до 5) и десятичных (от 1 до 9) для обеспечения точного регулирования расхода. Картридж можно легко очистить или заменить при необходимости, а настройку клапана можно проводить на работающей системе.

    Особенности балансировочных клапанов Giacomini. 6/2019. Фото 3

    R206AM — это «моторизируемая» версия автоматического клапана, с возможностью установки управляющего мотора или электротермического привода с подсоединительным размером M30×1,5. Применение двухпозиционного или пропорционального сервопривода позволяет управлять расходом в соответствии, например, с тепловой нагрузкой регулируемого участка, а также полностью перекрывать трубопровод.

    Фланцевые балансировочные клапаны Giacomini R206BF для ручного регулирования расхода выпускаются в чугунном корпусе (с соединительными фланцами) в размерах от Ду50 до Ду300. Шток клапанов, а также дросселирующий затвор выполнены из высококачественной углеродистой стали, что позволяет обеспечить долговечность клапанов и их высокие характеристики: номинальное давление 16 бар и рабочую температуру до 120 °C. Чугунные клапаны имеют штуцеры для изменения фактического расхода через клапан, а показатели диапазона регулируемого расхода являются одними из лучших на рынке.

    Особенности балансировочных клапанов Giacomini. 6/2019. Фото 4

    На вторую половину 2019 года компания Giacomini анонсировала начало выпуска новых моделей фланцевых балансировочных клапанов — автоматических регуляторов расхода с возможностью установки дополнительного сервопривода для дистанционного управления и автоматического регулятора перепада давления. Обе модели предполагается выпускать в размерах от Ду65 до Ду150.

  • Семинар по ККБ Dantex

    18 июля 2019 года в академии Dantex в центральном офисе Dantex Group состоялся семинар, посвященный компрессорно-конденсаторным блокам Dantex.

    В мероприятии приняли участие более 20 специалистов различных специальностей, работающих на рынке климатического оборудования. Семинар проводил технический директор Dantex Николай Емельянов.

    Участники семинара детально изучили модельный ряд оборудования, общее устройство и принцип работы компрессорно-конденсаторного блока с испарителем приточной установки. Разобрали, как корректно подбирать компрессорно-конденсаторный блок и системы трубопроводов. Узнали принцип работы автоматики и систем безопасности. Ознакомились с возможными неисправностями, их признаками и способами устранения.

    Отдельной темой семинара стали новые компрессорно-конденсаторные блоки Dantex, произведенные в России. Специалисты наглядно ознакомились с новой продукцией, в академии Dantex был представлен образец компрессорно-конденсаторного блока DK-TS030BUSOHF.

    Компания Dantex выражает благодарность всем специалистам, посетившим наш семинар. Мы надеемся, что информация, полученная в ходе занятий, пригодится в дальнейшей работе.

    Следующий семинар, посвященный компрессорно-конденсаторным блокам Dantex, состоится 23 июля.

  • Официальный сервисный центр Grohe стал исполнителем YouDo

    В рамках спецпроекта к YouDo подключился Сервисный Центр крупнейшего немецкого производителя санитарно-технического оборудования GROHE. Не все знают, что компания предлагает удобный выездной сервис. К слову, совершенно бесплатный, если проблема носит гарантийный характер.

    Теперь благодаря YouDo все клиенты GROHE в Санкт-Петербурге, Хабаровске, Казани и других крупных городах страны смогут воспользоваться услугами специалиста бренда. С 1 августа 2019 года к проекту будут подключены 50 городов России, Беларуси и Казахстана!

    Механика проекта простая: достаточно разместить на YouDo соответствующее задание и выбрать исполнителем Сервисный Центр GROHE. Для вызова мастера по гарантии необходимо предоставить фотографию продукта и чека. Также, при вызове мастера из СЦ GROHE компания предлагает услуги бесплатного монтажа унитаза-биде GROHE Sensia Arena и водных систем для кухни GROHE Blue & GROHE Red.

    «В последнее время мы в GROHE все чаще сталкиваемся с проблемой отсутствия на рынке высококачественных технических специалистов. Это становится причиной непрофессионального и некачественного монтажа дорогостоящего сантехнического оборудования. Поэтому мы приняли решение об интеграции фирменных сервисных центров GROHE в удобную современную платформу YouDo. Мы уверены, что данный союз окажет положительное влияние как на клиентский опыт, так и на повышение спроса на услуги официальных партнерских сервисов.

    В будущем мы планируем запустить обучающую программу, направленную на повышение профессиональной компетентности специалистов-сантехников, зарегистрированных на YouDo. Это позволит нам обеспечить высокий уровень сервиса при монтаже продукции GROHE и последующей сервисной поддержке в соответствии с европейскими стандартами», — отметил Владимир Работягов, руководитель службы постпродажного обслуживания по России, Беларуси, Центральной Азии и Кавказу.

    «Благодаря партнерству с GROHE заказчики на YouDo смогут не просто выбрать специалиста для установки или ремонта сантехники, но и получат услугу бесплатно, если это гарантийный случай. Уберизация сервисных центров и гарантийного ремонта давно назрела. Мы надеемся, что производители бытовой техники, мебели и даже сложных гаджетов также пойдут по этому пути», — комментирует Евгений Петров, директор по развитию бизнеса YouDo.com

  • СОК 2019/03 Эжекторно-турбинный теплоэлектрогенератор на твёрдом топливе

    Сегодня никто не знает ответа на вопрос, каким будет облик энергетики будущего. Территория России огромна, а заселена неравномерно. Исходя из этого, централизованно обеспечить теплом и электроэнергией отдельные анклавы проживания населения и производств непросто и дорого. Затраты на энергообеспечение повысились. Минэнерго оценило потребность в инвестициях в ветхие теплосети в 300 млрд руб. в год, а доля ветхих теплопроводов, представляющих реальную угрозу разрушения в отопительный период, составляет 21,5 %.

    В нашей стране, являющейся газовой державой мирового масштаба, газифицировано лишь около 50 % городских и около 35 % сельских населённых пунктов. Это также связано с масштабами нашей страны и невозможностью прокладки распределительных газовых сетей до всех потребителей. Поэтому для отдельных мест рассредоточенного проживания и работы населения, где отсутствует и не предвидится централизованное теплои электроснабжение, целесообразно иметь автономное энергоснабжение с использованием местного топлива. Уже сегодня необходимы инновационные разработки, направленные на совершенствование топливно-энергетического баланса отдалённых регионов, на повышение эффективности использования энергетических ресурсов за счёт использования местных возобновляемых источников энергии, и тем самым на укрепление энергетической безопасности страны. При этом оказалось, что организовывать автономное энергоснабжение будет дешевле.

    Альтернативой централизованному производству тепла и электроэнергии становится автономное энергоснабжение, основой которого являются теплоэлектрогенераторы малой и средней мощности, работающие на твёрдом топливе.

    Эжекторно-турбинный теплоэлектрогенератор на твёрдом топливе. 3/2019. Фото 1

    Для регионов, не имеющих каких-либо природных источников углеводородов, но имеющих огромные лесные массивы, развитие региональной энергетики на базе имеющихся запасов древесного топлива открывает широкие перспективы экономического роста и обеспечения региональной энергетической независимости. Поэтому технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются. Теперь появляется возможность автономного получения энергии из наиболее экологически чистого твёрдого топлива (пеллет). Уже серийно выпускаются автономные пеллетные водогрейные котлы (рис. 1) с автоматическими горелками (рис. 2) и пеллетные камины (рис. 3) для воздушного отопления.

    Эжекторно-турбинный теплоэлектрогенератор на твёрдом топливе. 3/2019. Фото 2

    Но наиболее привлекательными являются установки для одновременного воздушного отопления и получения электрической энергии. Безусловно, заманчиво иметь у себя в доме воздушное отопление и свою электростанцию, работающую на местном топливе.

    В 2018 году ФНАЦ ВИМ получены патент РФ №2654265 на изобретение «Когенератор на твёрдом биотопливе» [1] и патент РФ №2660226 «Теплоэлектрогенератор на твёрдом топливе» [2].

    Практическое освоение и внедрение изобретений с целью одновременного получения тепла и электроэнергии из местного топлива, производимого из отходов сельского хозяйства и лесопереработки, при огромных лесных массивах в Российской Федерации ведёт к полной независимости пользователей от подвода газа или подвоза жидкого топлива.

    На территории нашей страны сосредоточено около 23 % всех лесных ресурсов планеты, а древесина является наиболее значительным из альтернативных топлив. В виде отходов лесопереработки и деревообрабатывающей промышленности ежегодно образуется древесное сырье, эквивалентное 40 млн тонн условного топлива. Эти отходы научились эффективно перерабатывать в древесные гранулы (пеллеты, рис. 4), которые считаются наиболее экологически чистым топливом и пользуются большим спросом в западноевропейских странах. При сгорании угля в атмосферу выделяется 60 % углекислого газа, что критически сказывается на тепловом балансе Земли. А при использовании пеллет выделение углекислого газа близко к нулю, то есть их сжигание не угрожает нашей планете парниковым эффектом.

    Эжекторно-турбинный теплоэлектрогенератор на твёрдом топливе. 3/2019. Фото 3

    В целом, не менее 80 % населения сельскохозяйственных районов России может быть обеспечено теплом и энергией за счёт местных возобновляемых биоресурсов. Реализация технологии использования местного твёрдого топлива для автономного обеспечения теплом и электроэнергией является привлекательной целью. Это в разы экономически эффективнее по сравнению с созданием новых тепловых сетей, магистральных сетей электропередач и газопроводов.

    Учитывая беспрерывное получение тепловой энергии от твёрдого топлива при меняющейся электрической нагрузке, целесообразно иметь накопитель электроэнергии, чтобы получать от него электроэнергию периодически, но с повышенной мощностью нагрузки. Наличие аккумулятора позволит в тёплый период года временно отключать источник тепла (пеллетную горелку) и таким образом экономить топливо, а также не создавать шума от работы генератора ночью. А в электрическом бойлере-накопителе можно получать тёплую воду для использования в качестве ГВС.

    Россия, безусловно, лучше, чем любая другая страна в мире в целом обеспечена собственными запасами традиционных топливно-энергетических ресурсов. Но запасы относительно недорогих нефти и газа не безграничны. На разведку и освоение новых месторождений требуются всё возрастающие затраты.

    С развитием технологий использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в качестве системы малой распределённой генерации вместо традиционных топливно-энергетических ресурсов в Российской Федерации и в мире ведутся разработки и создание средств автономного электрои теплоснабжения потребителей на основе использования энергии солнца и ветра. Однако при распределённой генерации такие энергоустановки сегодня могут оказаться только вспомогательными средствами и не могут в полной мере обеспечить положительный экономический, социальный и экологический эффекты.

    Таким образом, распределённое энергообеспечение с гарантированной выработкой энергии на местах её потребления с использованием местных источников энергии поможет решить проблему. Таким источником становится наиболее экологически чистое топливо (пеллеты), производимое из отходов сельскохозяйственного производства, лесопереработки и других отходов.

    Основой распределённой генерации ныне являются дизельные электростанции на привозном топливе (около 50 тыс. мощностью 17 ГВт). Наличие же источников локального загрязнения окружающей среды в населённых пунктах, расположенных в зонах, в которых теплоснабжение и горячее водоснабжение осуществляется с помощью местных котельных, а электроснабжение от газопоршневых и дизельных генераторов не способствует становлению экологически безопасной распределённой генерации.

    Однако такие автономные источники энергии (и дизельные, и газопоршневые) в большинстве случаев ориентированы только на использование газа и в основном продуктов нефтепереработки.

    Таким образом, назрела насущная необходимость развития распределённой генерации с условием одновременного решения проблем экологической безопасности энергоснабжения.

    Широкое использование автономных источников энергии, работающих на местном топливе, отражает мировую тенденцию к ресурсосбережению. Данное направление интенсивно развивается в странах, имеющих значительные запасы биоресурсов (леса, торфа и т.д.). Многие регионы России обладают огромными запасами местного дешёвого биотоплива, которые могут быть использованы в энергетических целях. А использование энергии солнца и ветра в России малоэффективно и дорого.

    При поиске надёжного, безопасного и дешёвого источника энергии для распределённой генерации, который бы не только не загрязнял окружающую среду, но и решал накопившиеся проблемы, далеко ходить не надо. А надо провести реанимацию такого древнего источника энергии, как дрова и древесные отходы, которые после переработки и превращения в наиболее экологически безопасное твёрдое биотопливо — древесные гранулы (пеллеты) в итоге могут сыграть ключевую роль в формировании современной распределённой энергетики. После открытия огня первобытными людьми дрова как возобновляемый источник энергии до настоящего времени не иссяк и приобретает новое качество.

    За счёт твёрдого биотоплива Россия сможет не только сохранить, но и усилить своё лидерство на мировом рынке топлива в ближайшие годы. В некоторых странах (например, Бразилия) довольно широко в целях получения жидкого биотоплива традиционно применяется биомасса, вклад которой в суммарный мировой энергетический баланс сегодня оценивается примерно в 9,3 %.

    Пеллеты — один из самых энергоёмких видов топлива. Теплотворная способность пеллет сравнима с углем и составляет от 4,3 до 5,0 кВт/кг. При сжигании тонны пеллет выделяется столько же энергии, сколько при сжигании 1,6 тонн древесины, 480 м3 газа, 500 л дизельного топлива или 700 л мазута. Сравнительные характеристики приведены в табл. 1 и 2.

    Эжекторно-турбинный теплоэлектрогенератор на твёрдом топливе. 3/2019. Фото 4

    Пеллеты — экологически безопасное биотопливо, получаемое из отходов сельского хозяйства (лузга подсолнечника, солома, стебель кукурузы и т.п.), древесных отходов, торфа и т.д.

    Теплоэлектрогенераторы на пеллетах, имеющие благоприятные массогабаритные, экологические и производственнотехнологические показатели, являются перспективными автономными энергетическими установками для освоения развивающихся и энергодефицитных районов страны и решения задач:

    • автономного энергоснабжения коттеджных посёлков и деревень, во многих из которых до сих пор не решён вопрос централизованного снабжения тепловой и электрической энергией;
    • очищения лесов от накопившихся отходов лесопереработки с получением энергии из этих отходов;
    • уничтожения производственных отходов сельского хозяйства и деревообрабатывающей промышленности с получением энергии из отходов.

    В качестве одного из вариантов одновременного получения тепла и электроэнергии предлагается эжекторно-турбинный теплоэлектрогенератор (ЭТЭГ), который согласно рис. 5 содержит: пеллетную горелку с автоматической подачей топлива как источник тепловой энергии, воздушный эжектор с камерой смешения, центробежный турбокомпрессор, силовуют Рис. 5. Схема эжекторно-турбинного теплоэлектрогенератора урбину, генератор, воздуховоды.

    Эжекторно-турбинный теплоэлектрогенератор на твёрдом топливе. 3/2019. Фото 5

    Центробежный воздушный компрессор расположен на общем валу с турбиной первой ступени, которая является приводом воздушного компрессора. Силовая турбина второй ступени является приводом генератора.

    Основным элементом автономного теплоэлектрогенератора является воздушный эжектор, который создаёт разрежение в пеллетной горелке для поступления воздуха в горелку без применения дымососа. Эжектор также служит для получения горячей смеси продуктов сгорания топлива и излишков воздуха, отходящего от горелки, с воздухом, нагнетаемым компрессором и поступающим через сопло в камеру смешения эжектора. Получаемая горячая газовоздушная смесь служит рабочим телом для турбины первой ступени.

    Перед розжигом пеллетной горелки запускается вентилятор горелки воздух проходит через горелку и поступает на турбину первой ступени, которая раскручивается вместе с компрессором. Воздух от компрессора пропускается через сопло эжектора, который создаёт разрежение в горелке и увеличивает поток воздуха через горелку. Затем поджигается топливо (пеллеты) и начинается процесс горения пеллет в воздушной среде. Продукты сгорания топлива и излишки воздуха под действием разрежения от эжектора выходят из горелки и с высокой температурой поступают в камеру смешения эжектора, где смешиваются с воздухом, который немного охлаждает высокотемпературные продукты сгорания твёрдого топлива.

    После смешивания продуктов сгорания топлива с воздухом рабочая газовоздушная смесь с высоким теплосодержанием (с достаточно высокой температурой и скоростью) от тепла сгораемого топлива проходит через диффузор эжектора и с повышенным давлением поступает в компрессорную турбину первой ступени. На валу турбины происходит получение механической работы, которая полностью затрачивается на привод воздушного компрессора, расположенного с ней на общем валу, мощность турбины и соответственно частота вращения турбокомпрессора и расход воздуха через сопло эжектора увеличиваются. Разрежение в горелке возрастает и поступающего воздуха становится достаточно для полного сгорания и обеспечения автономного горения топлива в горелке, и электрический вентилятор отключается. Турбокомпрессор выходят на рабочий режим.

    Отходящая после компрессорной турбины первой ступени рабочая газовоздушная смесь с большим содержанием чистого воздуха и пониженной температурой поступает в силовую турбину второй ступени. Энергии рабочей смеси достаточно для получения в силовой турбине механической работы для привода электрического генератора небольшой мощности. В силовой турбине рабочая смесь расширяется, её температура ещё понижается, и отходящая смесь при умеренной температуре и минимальном содержании СО2 поступает в теплицы, фермы, сушильные и другие отапливаемые объекты. Учитывая небольшое содержание СО2 в продуктах сгорания пеллет и повышенное содержание в рабочей смеси воздуха, смесь может также нагнетаться в жилые помещения.

    Этот вариант эжекторно-турбинного теплоэлектрогенератора с прямым использованием продуктов сгорания твёрдого топлива, смешиваемых с воздухом с помощью эжектора, предназначен для отвода горячей газовоздушной смеси в отапливаемые помещения и получения электрической энергии, то есть является когенератором.

    Применение электрического вентилятора для нагнетания газовой смеси в отапливаемые помещения не требуется, роль нагнетателя смеси выполняет центробежный компрессор. ЭТЭГ можно отнести к новому автономному источнику энергии, работающему на возобновляемом твёрдом биотопливе (ВТБ).

    Для автономной работы ЭТЭГ не требуется подводить энергию от внешнего источника, то есть агрегат может начать работу в местах, не имеющих никакой энергии, кроме пеллет, которые надо поджечь. Отсутствие воды в ЭТЭГ нового типа важно при работе в арктических условиях эксплуатации.

    Важнейшим заказчиком рынка малой энергетики в настоящее время является жилищно-коммунальное хозяйство, обладающее огромными потребностями в обновлении имеющихся энергетических мощностей. Немалая часть потребителей при этом расположена в районах децентрализованного энергоснабжения на Крайнем Севере, Западной и Восточной Сибири, Дальнем Востоке. Для этих районов автономные ЭТЭГ, работающие на возобновляемом местном биотопливе, с набором высокооборотных электрогенераторов, расположенных в непосредственной близости к потребителям и источникам топлива, должны играть важную роль уже на современном этапе использования, как резервные или аварийные источники энергоснабжения.

    А в будущем — как основные источники распределённого энергоснабжения. Широкий диапазон отраслей хозяйства, где ряд задач энергоснабжения будут решать автономные ЭТЭГ, основан на функциональном разнообразии таких генераторов по их назначению и по мощности.

    Предлагаемая технология выводит Россию в передовые производители энергии с использованием возобновляемого твёрдого биотоплива для распределённого энергообеспечения отдалённых мест проживания и работы с изобильными запасами леса и отходов его переработки. Это относится к районам, где имеются свободная земля и условия для ведения сельского хозяйства, но куда ещё не подведён газ и дорого подвозить дизельное топливо.

    Касаясь реализации разработки ЭТЭГ в ФНАЦ ВИМ, необходимо заметить, что по итогам четвёртого Восточного экономического форума глава государства дал поручение о подготовке и разработке до 1 сентября 2019 года «Национальной программы развития Дальнего Востока России на период до 2025 года с перспективой до 2035 года». Программа должна объединить мероприятия национальных проектов и госпрограмм, долгосрочные отраслевые планы ведомств и инфраструктурных компаний, стратегии развития всех дальневосточных регионов. Желательно стать участником реализации этой программы от Минобрнауки.

    Испытания, последующая демонстрация и реклама новой энергетической установки позволят привлечь средства инвесторов-заказчиков на разработку более эффективных когенераторов различного назначения и мощности.

    Твёрдое топливо для ЭТЭГ — пеллеты позволяют достичь высокой степени экологичности, и иметь пониженную температуру рабочего тела на выходе из ЭТЭГ.

    Более полное использование энергии продуктов горения позволит уменьшить выброс тепла в атмосферу по сравнению с современными бензиновыми, газовыми и дизельными двигателями.

    ЭТЭГ на ВТБ можно сравнить с газовой тепловой пушкой. Газовые нагреватели воздуха работают на природном или сжиженном газе. Их используют преимущественно в хозяйственных и промышленных помещениях большой площади, а также на открытых и полуоткрытых площадках. Немаловажно, что эти устройства абсолютно безопасны, количество выделяемых ими вредных веществ примерно такое же, как и у обычной газовой плиты. У ЭТЭГ на ВТБ количество выделяемых вредных веществ ожидается меньше, чем у газовой тепловой пушки.

    Распространение малой распределённой генерации, связанной с началом применения автономных источников энергии на базе компактных автоматизированных установок когенерационного типа на твёрдом топливе, имеющих высокий общий КПД (около 90 %), знаменует будущий закат эры гигантских ТЭЦ. А расположение их вблизи мест потребления энергии важно для России при отсутствии электрических сетей на огромных неосвоенных территориях.

    Ожидается подлинный переворот в энергетике с внедрением персональных теплоэлектрогенераторов, способных обеспечить теплом и электроэнергией особняк, загородный дом, небольшую компанию или малое предприятие. Такие генераторы в высшей степени эффективны, надёжны и экологически безопасны. Их внедрение по воздействию на общество можно сравнить с началом эксплуатации персональных компьютеров.

    У России сегодня сильные позиции в ряде энергетических направлений и мы в перспективе также должны оставаться в лидерской группе стран, создающих инновационные технологии энергогенерации. Будущее за экологически чистой генерацией, и Россия здесь может сыграть ключевую мировую роль, если будет произведён переход на древесные гранулы как наиболее экологически безопасное возобновляемое твёрдое топливо, источником которого является древесина, в изобилии имеющаяся в России и пока не уничтоженная лесными пожарами.

    Важно создать спрос на автономные твердотопливные теплоэлектрогенераторы на внутреннем рынке. Когда в России будет спрос на ЭТЭГ со стороны предприятий и частных лиц, то появится потребность в строительстве в России заводов, производящих эту продукцию. Например, спрос на пеллеты, заменяющие дрова и уголь, в России пока не высокий, поэтому около 80 % российских пеллет поставляется на западный рынок.

    Известно, что в лесопильном производстве России 50 % древесины превращается в отходы, к которым добавляются соизмеримые по величине отходы деревообрабатывающих и мебельных предприятий. Кроме того, в сельском хозяйстве ежегодно накапливается значительное количество отходов биомассы. Возврат к биоресурсам — это разумный подход в экономике и экологии.

    По мнению экспертов, необходимо развивать «зелёную» мировую генерацию, поскольку сейчас на производство энергии приходится две трети глобальных выбросов парниковых газов. Таким образом, будущее за экологически безопасной генерацией, и Россия здесь может сыграть ключевую мировую роль.

  • СОК 2019/02 О чрезвычайном загрязнении воздуха тепловыми двигателями городского транспорта

    В крупных городах мира и России в течение последних 20–30 лет в периоды аномально неблагоприятных метеорологических условий (атмосферные инверсии в штилевую погоду [1]) стали наблюдаться локальные чрезвычайные ситуации (ЧС), связанные с опасным загрязнением воздушной среды токсичными и канцерогенными веществами отработавших газов (ОГ) тепловых двигателей транспорта [2, 3]. Для контроля таких чрезвычайных ситуаций Национальный центр управления в кризисных ситуациях МЧС России осуществляет в оперативном режиме мониторинг и прогнозирование загрязнения воздушной среды в городах [4].

    В данной статье на примере СанктПетербурга приводятся результаты расчётного исследования вероятного локального загрязнения воздуха на уровне дыхания человека оксидами азота (NO2) и PM10 (частицы дизельной сажи, на которых адсорбируются канцерогенные вещества), являющимися наиболее опасными поллютантами согласно оценке Всемирной организации здравоохранения [5].

    Объекты исследования

    Объектами исследования являлись тепловые двигатели автомобильного, водного (речной, морской), железнодорожного (в основном маневровые дизельные тепловозы) и воздушного (с турбореактивными двигателями) транспорта, одновременно эксплуатируемого на территории Санкт-Петербурга (включая его водные и воздушные акватории). Особенностями Санкт-Петербурга, водной столицы России, является его расположение на берегу Финского залива. Город имеет развитую улично-дорожную и железнодорожную инфраструктуру, на которой эксплуатируется ежедневно более 2,5 млн транспортных средств. В черте города находятся 45 рек, рукавов, протоков и 40 искусственных каналов общей протяжённостью около 300 км. Навигация судов начинается в начале апреля, а заканчивается в конце ноября.

    Основное отличие пассажирских и грузовых судов от автотранспортных средств заключается в том, что размещённые на них дизельные двигатели предназначены не только для приведения судов в движение, но и для утилизации отходов, выработки тепловой и электрической энергии, удовлетворения общесудовых нужд экипажа и пассажиров. Негативной особенностью эксплуатируемого в СанктПетербурге российского речного и морского флота является их экстремально высокий возраст. Так, трёхпалубные пассажирские теплоходы 588-го проекта выпускались с 1951 по 1961 годы, четырёхпалубные теплоходы 301-го проекта — с 1974 по 1983 годы, теплоходы «Метеор» 342Э — с 1961 по 1991 годы, в связи с чем их дизельные двигатели характеризуются чрезвычайно высокими показателями токсичности (преимущественно нулевого экологического класса [1]).

    Воздушные лайнеры аэропорта Пулково взлетают при работе двигателей на жёстких (с экологической точки зрения) форсированных нагруженных режимах преимущественно в направлении городской акватории Финского залива. По данным исследований [4], на долю тепловых двигателей автомобильного, водного, железнодорожного и воздушного транспорта, эксплуатируемого в Санкт-Петербурге, приходится не менее 95–98 % выбросов в атмосферу вредных (загрязняющих) веществ, регистрируемых городскими службами мониторинга.

    Методика и исходные данные исследования

    В данном исследовании были проанализированы гипотетические сценарии закономерно повторяющихся кратковременных (от нескольких часов, например, часы пик транспортной нагрузки, до нескольких суток) ситуаций, обусловленных явлениями эмиссии, переноса (диффузии) в стратифицированной атмосфере и чрезвычайно опасного локального (по времени и территории) оседания загрязняющих веществ NO2 и PM10 отработавших газов двигателей транспортных средств при сочетании неблагоприятных транспортных и метеорологических условий, способствующих их накоплению в приземном слое атмосферы. Миграция загрязняющих веществ изучалась в масштабе городской территории, включая её водные акватории с частью примыкающего Финского залива. По международной шкале моделирования атмосферных процессов это соответствует «мезоуровню».

    Исходными данными для организации численного эксперимента были сведения за весенне-летне-осенние периоды наблюдений (2015–2017 годы) о загрязнении воздушной среды поллютантами на уровне дыхания человека, взятые из базы данных измерений автоматизированной системы мониторинга (АСМ) Комитета по охране окружающей среды и природопользования правительства Санкт-Петербурга [6]. В расчётах использовались главным образом выборки измеряемых значений концентраций поллютантов, соответствующие малым осадкам, слабой и средней ветровой нагрузке (скорость ветра 0,5–3,0 м/с), а также часам пик транспортной нагрузки.

    На время проведения исследований АСМ включала 21 стационарную автоматическую станцию мониторинга загрязнения атмосферного воздуха, равномерно покрывающих территорию города (рис. 1): №1 (ул. Профессора Попова, д. 48), №2 (г. Колпино, ул. Красная, д. 1-А), №3 (ул. Карбышева, д. 7), №4 (Малоохтинский пр., д. 98), №5 (пр. Маршала Жукова, д. 30, корп. 3), №6 (В.О., Весельная ул., д. 6); №7 (ул. Шпалерная, д. 56), №8 (ул. Королёва, д. 36, корп. 8), №9 (Малая Балканская ул., д. 54), №10 (Московский пр., д. 19), №11 (г. Сестрорецк, ул. Максима Горького, д. 2), №12 (ул. Пестеля, д. 1), №13 (Шоссе Революции, д. 84), №14 (г. Зеленогорск, пляж «Золотой», д. 1), №15 (город Кронштадт, ул. Ильмянинова, д. 4), №16 (ул. Севастьянова, д. 11), №17 (г. Пушкин, Тиньков пер., д. 4), №18 (ул. Ольги Форш, д. 6), №19 (пр. Маршала Жукова, д. 55), №20 (ул. Тельмана, д. 24), №21 (г. Ломоносов, ул. Федюнинского, д. 3).

    О чрезвычайном загрязнении воздуха тепловыми двигателями городского транспорта. 2/2019. Фото 1

    Станции АСМ расположены в 18 административных районах Санкт-Петербурга, функционируют непрерывно в автоматическом режиме и обеспечивают регулярное получение оперативной информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха Санкт-Петербурга основными загрязняющими веществами. Автоматические измерения концентраций загрязняющих веществ проводятся с периодичностью 20 минут (требование оценки соответствия качества воздуха населённых мест предельно допустимым значениям «максимально разовой» концентрации вредного (загрязняющего) вещества — ПДКмр). Эксплуатацию станций осуществляет Санкт-Петербургское государственное геологическое унитарное предприятие «Специализированная фирма «Минерал».

    Математическая модель проведения численного эксперимента

    Выбросы загрязняющих веществ ветровой конвекцией или диффузией перемешиваются и уносятся из районов сосредоточения стационарных и передвижных источников с тепловыми двигателями (автомобили, суда, локомотивы, авиалайнеры, дизель-электрические станции и другие промышленные установки с двигателями внутреннего сгорания и т.п.) на сопредельные территории, удалённые от источников на значительные (в несколько десятков километров) расстояния в пределах городской черты.

    Скорость и дальность переноса загрязняющих веществ в общем случае зависят от их температуры, турбулентности воздуха и динамических характеристик ветрового поля. При выборе аппарата моделирования данного весьма сложного физико-химического процесса мы выделили три критерия, которым она должна удовлетворять: универсальность (возможность использования модели для решения конкретных задач переноса газообразных веществ и взвешенных частиц на мезоуровне), реалистичность (степень её соответствия реальной, по сути — близкой к стационарной на исследуемом временном отрезке системе), точность (способность количественно оценивать и прогнозировать развитие системы при изменяющихся условиях).

    Очевидно, что следует добавить ещё один — рациональность. Это означает, что принятая модель, по возможности, должна максимально просто формулировать анализируемое явление (процесс диффузии), включать только те связи, соотношения, зависимости, которые наиболее важны при рассмотрении данной конкретной задачи, по сути — поиска экстремального результата в условиях сочетания чрезвычайных факторов эксплуатации транспорта и метеорологии.

    Как показал анализ международной многолетней положительной практики моделирования диффузии поллютантов в стратифицированной атмосфере на мезоуровне [7] для описания переноса выбросов в атмосферном воздухе газообразных и взвешенных частиц, отвечающем выше отмеченным критериям, лучше всего подходит модель Гаусса, в которой среднее сечение «факела» неизменно во времени и пространстве, имеет единообразную геометрическую форму, напоминающего сечение колокола.

    Ввиду того, что массив исходных точечных данных о концентрациях имеет объём, близкий к необозримому, работа с ним традиционными методами может оказаться чрезвычайно трудоёмкой. Организация вычислительного процесса, очевидно, будет сопряжена с необходимостью использования далеко не полной информации о начальных и граничных условиях, о коэффициентах уравнений, о границах разделов газообразных и взвешенных сред — наконец, при построении моделей неизбежно появится необходимость учитывать обновляемые данные наблюдений автоматизированной системы мониторинга.

    Во избежание перечисленных проблем нами использовался универсальный подход [8] на основе построения иерархии нейросетевых моделей для любого набора оперируемой информации и аналитических выражений определяющих зависимостей: «уравнения» или «наборы данных» — и в смешанной гетерогенной ситуации: «уравнения + данные». Используя данный подход, можно единообразно, без принципиальной перестройки алгоритмов конструировать устойчивые к ошибкам и способные усваивать новую информацию нейросетевые модели процесса переноса. Как показала практическая реализация настоящего исследования, данная методология существенно сокращает трудоёмкость моделирования систем с распределёнными параметрами, к которым относится динамическая задача оценки загрязнения атмосферы ОГ транспорта. Положительным является и то, что предложенный подход и соответствующие ему нейросетевые модели загрязнения воздуха и нейросетевые алгоритмы их настройки обладают приоритетной новизной [9].

    Согласно модели Гаусса, изменение концентрации примеси от мгновенного точечного источника примеси подчиняется нормальному закону распределения:

    О чрезвычайном загрязнении воздуха тепловыми двигателями городского транспорта. 2/2019. Фото 2

    где x0, y0 и z0 — координаты источника выброса; Q — мощность источника; Vx — коэффициент, характеризующий скорость ветра в предположении, что система координат сориентирована таким образом, что OX совпадает с направлением ветра; σx, σy и σz — средние квадратичные отклонения частиц примеси в момент времени t, соответственно, вдоль координатных осей OX, OY и OZ:

    О чрезвычайном загрязнении воздуха тепловыми двигателями городского транспорта. 2/2019. Фото 3

    где h — высота приземного слоя.

    Используя принцип суперпозиции, из (1) легко получить формулы для расчёта концентрации примеси от точечного источника непрерывного действия:

    О чрезвычайном загрязнении воздуха тепловыми двигателями городского транспорта. 2/2019. Фото 4

    Согласно гауссовой модели изменение концентрации примеси в атмосфере подчиняется нормальному закону распределения. Основная сложность состоит в вычислении интеграла, при расчёте которого аналитические методы приводят к громоздким формулам, а численные методы требуют большого времени счёта. Поэтому, используя кубатурные формулы, заменим интеграл конечной суммой:

    О чрезвычайном загрязнении воздуха тепловыми двигателями городского транспорта. 2/2019. Фото 5

    где Ci — числовой коэффициент; xi ∈ [0; t], i = 0, 1, 2, 3, …, n — узлы интегрирования.

    Приближение (4) для концентрации вредного (загрязняющего) вещества q можно рассматривать как модель, соответствующую искусственным нейронным сетям с радиальными базисными функциями (в анализируемом случае базисная функция — функция Гаусса).

    Результаты проведённого исследования

    На основе обработки данных мониторинга по разработанной математической модели были построены нейронные сети с разным количеством нейронов: n = 5, 10, 15, 20 с применением метода RProp [8] и комбинации [8] метода «Облака» из трёх частиц (n1 = 3) и метода RProp.

    В результате проведения по модели численного эксперимента с использованием программного обеспечения Mathematica компании Wolfram Research были получены диаграммы для разных гипотетических сценариев развития ситуации загрязнения атмосферного воздуха на территории Санкт-Петербурга. Полную информацию о проведённых многолетних исследованиях можно получить из отчёта по гранту Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) «Информационные модели на основе иерархических гетерогенных нейронных сетей в исследовании влияния объектов транспортной инфраструктуры на окружающую среду» (проект №14-01-00733А, 2015–2016 годы).

    В качестве примеров, подтверждающих работоспособность разработанного метода, на рис. 2 (плоская модель) отражена зависимость уровня загрязнения воздуха диоксидом азота NO2 в разных районах города от комплексного векторного параметра — скорости и направления ветра. Расчёты соответствуют аномально неблагоприятным метеорологическим условиям: безветренной погоде и наличия над Финским заливом глубокой (по высоте) области температурных инверсий.

    О чрезвычайном загрязнении воздуха тепловыми двигателями городского транспорта. 2/2019. Фото 6

    В результате последовательных итераций (обучающих аппроксимаций данных измерений АСМ, наилучшие, более точные результаты, с минимальными значениями функционала ошибки, получились в случае применения комбинации методов «облака» и RProp при n = 5; n1 = 3.

    На рис. 3 эти результаты представлены на трёхмерной модели.

    О чрезвычайном загрязнении воздуха тепловыми двигателями городского транспорта. 2/2019. Фото 7

    Согласно данным диаграммам, уровень наивысшего загрязнения диоксидом азота в этом случае соответствует области с географическими координатами 59°53 с. ш. и 30°03 в. д. (над Финским заливом). Ожидаемые вероятные численные значения загрязнения воздуха NO2 на уровне дыхания человека в этой чрезвычайно опасной области могут лежать в диапазоне значений 8–10ПДКмр.

    Высокий уровень загрязнения над Финским заливом, как об этом было ранее сказано, объясняется диффузией, «перетеканием» вредных (загрязняющих веществ) из других районов города, в которых работают транспортные тепловые двигатели. Причиной этому явилась устойчива инверсия над Финским заливом — область пониженного давления.

    На рис. 4 в качестве второго примера приведены результаты численного моделирования загрязнения воздуха частицами PM10 в Санкт-Петербурге — также на мезоуровне, как и в первом примере. Здесь на диаграмме представлена ожидаемая трансформация распределения загрязнения воздуха частицами PM10 как следствия смещения загрязнённого поллютантами облака смога над Финским заливом под воздействием слабого юго-западного ветра со скоростью 2 м/с.

    О чрезвычайном загрязнении воздуха тепловыми двигателями городского транспорта. 2/2019. Фото 8

    Следует отметить, что для «розы ветров», характерной для региона СанктПетербурга, юго-западные направления ветровой нагрузки наблюдаются наиболее часто во все времена года. Как вытекает из анализа диаграммы рис. 4, при слабом юго-западном ветре наивысший уровень загрязнения атмосферного воздуха PM10 соответствует району с координатами 59°55 с. ш. и 30°20 в. д. (Центральный район).

    Смещение высокого уровня загрязнения воздуха над Санкт-Петербургом с Финского залива в сторону Центрального района объясняется диффузией, «перетеканием» вредных (загрязняющих) веществ, как из ранее сформировавшегося облака смога вредных (загрязняющих веществ) над Финским заливом, так и из других районов города, в которых работают транспортные тепловые двигатели. Причиной этому явилось сформировавшееся под воздействием ветровой нагрузки новое устойчивое распределение вертикальных температур и, как физическое метеорологическое следствие, смещение инверсионных пониженных атмосферных давлений в область Центрального района.

    По результатам нейросетевой аппроксимации данных многолетних измерений автоматизированной системы мониторинга ожидаемые вероятные численные значения загрязнения воздуха PM10 на уровне дыхания человека в этой чрезвычайно опасной области Центрального района могут лежать в диапазоне значений 4–5ПДКмр.

    Выводы

    1. В Санкт-Петербурге одновременная эксплуатация тепловых двигателей автомобильного, водного, железнодорожного и воздушного транспорта при неблагоприятных метеорологических и транспортных условиях приводит к закономерно повторяемым локальным территориальновременным чрезвычайным ситуациям сверхнормативного загрязнения воздуха NO2 и PM10, причём на уровне легких человека.

    2. Применение оригинального (комбинация методов «Облака» и RProp) универсального подхода математического моделирования на основе построения иерархии обучаемых нейросетевых моделей для набора оперируемой инструментальной информации о полях распределения концентраций NO2, PM10 и аналитического выражения закона диффузии Гаусса («уравнения + данные») позволяет контролировать и прогнозировать такие ЧС.

    3. Организация и проведение численного эксперимента с использованием нового подхода, применительно к Санкт-Петербургу — водной и культурной столице РФ — позволили выявить вероятные локально временные ЧС загрязнения воздуха ОГ тепловых двигателей от совместной работы транспорта над Финским заливом (превышение концентраций NO2 до 8–10ПДКмр) и в Центральном районе (превышение концентраций PM10 до 4–5ПДКмр).

    4. Натурными полевыми и численными исследованиями установлено, что подобные закономерно повторяемые территориально-временные локальные черезвычайные ситуации сверхнормативного загрязнения воздуха в городах являются следствием сочетания одновременно неблагоприятных транспортных (часы пиковой транспортной нагрузки) и метеорологических (штилевая или слабая ветровая нагрузка, локальные температурные инверсии в приземном слое стратифицированной атмосферы) факторов.