Потенциал энергосбережения и его реализация на предприятиях ТЭК

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.Я. Ушаков, П.С. Чубик

ПОТЕНЦИАЛ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ 
И ЕГО РЕАЛИЗАЦИЯ В СЕКТОРАХ 

КОНЕЧНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Рекомендовано в качестве учебного пособия 

Редакционно-издательским советом 

Томского политехнического университета

Издательство

Томского политехнического университета

2015

УДК 620.9:658.5(075.8)
ББК  31.19я73

У93

Ушаков В.Я.

У93
Потенциал энергосбережения и его реализация в секторах 

конечного потребления энергии : учебное пособие / В.Я. Ушаков, 
П.С. Чубик ; Томский политехнический университет. – Томск : 
Изд-во Томского политехнического университета, 2015. – 388 с.

Пособие посвящено анализу причин потерь энергии, потенциалу энер
госбережения и способам его реализации в секторах конечного потребления 
энергии: в обрабатывающей промышленности, на транспорте, в бюджетных 
учреждениях, жилищно-коммунальном хозяйстве и освещении. 

Предназначено для
магистрантов, обучающихся по направлению 

«Электроэнергетика» (программа «Энергосбережение и энергоэффективность»), а также аспирантов, научных сотрудников и специалистов (прежде 
всего энергоаудиторов), занимающихся проблемами энергосбережения и повышения энергетической эффективности. Может быть полезным для руководителей различного уровня для их быстрого и сравнительно нетрудоемкого 
«погружения» в данную проблему. 

УДК 620.9:658.5(075.8)
ББК 31.19я73

Рецензенты

Доктор технических наук, профессор

заместитель директора по науке филиала

ОАО «Электросетьсервис ЕНЭС»

А.Г. Овсянников

Доктор физико-математических наук, профессор

заведующий кафедрой безопасности труда

Новосибирского государственного технического университета

С.М. Коробейников

© ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2015
© Ушаков В.Я., Чубик П.С., 2015
© Оформление. Издательство Томского

политехнического университета, 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие....................................................................................................7

Словарь специальных терминов..................................................................10

Список принятых сокращений ....................................................................16

Вводная глава................................................................................................18

Раздел 1. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ОБРАБАТЫВАЮЩЕЙ 

ПРОМЫШЛЕННОСТИ................................................................35

Глава 1. Потенциал энергосбережения  и способы его реализации, 

применимые  на большинстве предприятий  обрабатывающей 
промышленности...........................................................................40

1.1. Основные причины завышенной энергоемкости продукции 

обрабатывающей промышленности.................................................42
1.1.1. Внутренние причины ...............................................................42
1.1.2. Внешние причины ....................................................................47

1.2. Организационные меры по снижению энергоемкости 

промышленных технологий  и оборудования.................................49

1.3. Технические/технологические приемы снижения 

энергоемкости промышленных технологий и оборудования........53

1.4. Использование вторичных энергетических ресурсов ....................58

1.4.1. Источники и параметры ВЭР ..................................................59
1.4.2. Горючие ВЭР ............................................................................63
1.4.3. Утилизация тепловых ВЭР......................................................64

1.4.3.1. Происхождение и эффективные приемы  

утилизации тепловых ВЭР.........................................64

1.4.3.2. Утилизация высокотемпературных  

(высокопотенциальных) ВЭР.....................................69

1.4.3.3. Утилизация низкотемпературных  

(низкопотенциальных) ВЭР .......................................72

1.4.4. Утилизация энергии избыточного давления .........................82

Глава 2. Энергоэффективность систем отопления,  вентиляции и 

кондиционирования (ОВК)  производственных и 
общественных зданий...................................................................87

2.1. Периодический режим работы систем ОВК....................................88
2.2. Отопление помещений теплотой рециркуляционного воздуха ....90
2.3. Газовоздушное отопление.................................................................91
2.4. Устройство воздушных завес............................................................94
2.5. Отопление с применением газовых  инфракрасных излучателей.95

Глава 3. Энергоэффективность систем обеспечения  основных 

технологических процессов .......................................................101

3.1. Преобразование электрической энергии  в механическую. 

Электрический привод.....................................................................101

3.2. Водоснабжение и водоотведение.  Насосные установки.............112
3.3. Производство сжатого воздуха.......................................................115
3.4. Производство холода .......................................................................118

Глава 4. Энергоэффективность энергоемких производств 

и технологий ................................................................................121

4.1. Электротермические процессы (высокотемпературные 

технологии).......................................................................................121
4.1.1. Плавка и высокотемпературный нагрев...............................121
4.1.2. Электросварочное производство ..........................................124

4.2. Сушка дисперсных материалов 

(низкотемпературные технологии).................................................126

4.3. Химические технологии ..................................................................130

4.3.1. Выпаривание растворов.........................................................130
4.3.2. Перегонка и ректификация....................................................133
4.3.3. Электролизные процессы ......................................................135
4.3.4. Производство некоторых видов химической продукции...137

4.4. Нефтепереработка ............................................................................140
4.5. Производство строительных материалов ......................................145
4.6. Строительство и содержание дорог................................................152

4.6.1. Энергопотребление при строительстве дорог.....................152
4.6.2. Энергопотребление при ремонте и содержании дорог.......154

4.7. Металлургия......................................................................................156

4.7.1. Черная металлургия................................................................157
4.7.2. Цветная металлургия..............................................................169

4.8. Металлообработка и машиностроение ..........................................174

4.8.1. Наиболее энергоемкие производства в машиностроении..175
4.8.2. Прокатное и трубное производство......................................177
4.8.3. Холодная обработка металлов ..............................................178

4.9. Легкая и пищевая промышленность...............................................180
4.10. Сельское хозяйство ........................................................................182

4.10.1. Анализ ситуации с энергоэффективностью  в сельском 

хозяйстве..................................................................................182

4.10.2. Растениеводство....................................................................186
4.10.3. Животноводство ...................................................................191

4.11. Лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная 

промышленность..............................................................................197

Раздел 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СОЦИАЛЬНО-БЫТОВЫХ 

СЕКТОРАХ..................................................................................203

Глава 5. Энергоэффективность возведения зданий ................................203

5.1. Градостроительная политика  и энергоэффективность зданий...203
5.2. Показатели энергоэффективности зданий  и пути 

их улучшения....................................................................................207

5.3. Энергосберегающие архитектурно-планировочные 

решения и теплозащита зданий ......................................................220
5.3.1. Геометрические параметры и ориентация здания ..............220
5.3.2. Теплозащита зданий при строительстве 

и реконструкции......................................................................224

5.4. Энергоэффективность технологии бетонных работ.....................239

Глава 6. Энергопотребление и энергосбережение  

при эксплуатации зданий ...........................................................246

6.1. Энергосбережение в зданиях бюджетной сферы..........................248
6.2. Энергосбережение в жилых зданиях..............................................251
6.3. Выбор системы теплоснабжения и топлива..................................257

6.3.1. Централизованное теплоснабжение .....................................260
6.3.2. Децентрализованное теплоснабжение .................................264

6.4. Снижение нагрузки на системы ОВК ............................................265

6.4.1. Теплообмен в ограждающих конструкциях  

и в специальных накопителях ...............................................267

6.4.2. Оптимизация систем отопления ...........................................271
6.4.3. Контроль и регулирование теплопотребления 

в помещении............................................................................276

6.3.4. Повышение эффективности системы вентиляции..............281

Глава 7. Мотивы и способы повышения эффективности потребления 

энергии и энергоносителей в быту............................................290

7.1. Социальная привлекательность энерго- и ресурсосбережения...290
7.2. Экономия электрической энергии в быту......................................292
7.3. Экономия тепла и горячей воды.....................................................296

7.3.1. Экономия тепловой энергии  в бытовых системах 

отопления.................................................................................296

7.3.2. Ликвидация перерасхода горячей воды ...............................297

7.4. Эффективное потребление воды ....................................................300

Глава 8. Энергосбережение на транспорте ..............................................305

8.1. Анализ ситуации...............................................................................305
8.2. Автомобильный транспорт..............................................................308
8.3. Железнодорожный транспорт.........................................................311

Глава 9. Энергосбережение в освещении.................................................322

9.1. Потенциал энергосбережения в освещении и основные

подходы к его реализации..............................................................322

9.2. Требования к качеству и энергоэффективности освещения 

помещений. Нормирование освещения .........................................325

9.3. Световые характеристики и энергоэффективность 

источников искусственного (электрического) освещения ..........330

9.4. Энергоэффективность автоматизированного регулирования 

искусственного освещения..............................................................337

9.5. Энергопотребление пускорегулирующей аппаратурой ...............340
9.6. Естественное освещение помещений.............................................343
9.7. Оптимизация совмещенного освещения для снижения 

электропотребления и теплопотерь................................................350

9.8. Электрическое наружное освещение .............................................351

9.8.1. Требования к наружному освещению ..................................351
9.8.2. Энергоэффективность систем электрического 

наружного освещения ............................................................353

Заключение..................................................................................................363

Список литературы.....................................................................................364

Приложение 1 ................................................................................................373

Приложение 2..............................................................................................378

Приложение 3..............................................................................................380

Приложение 4..............................................................................................382

Приложение 5..............................................................................................384

Приложение 6..............................................................................................385

Приложение 7..............................................................................................386

Приложение 8..............................................................................................387

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемое учебное пособие является четвертой частью обра
зовательного модуля основных (профилирующих) дисциплин «Энергоэффективность и энергетическая безопасность» по магистерской программе «Энергосбережение и энергоэффективность», разработанного в 
Национальном исследовательском Томском политехническом университете [108]. 

В первой части – ранее изданном пособии [34] – рассмотрены 

краткая история становления и развития электроэнергетики и ее основные современные проблемы во всех звеньях энергетической технологии: обеспечение энергетики первичными ресурсами; эффективные 
производство, передача и накопление электроэнергии; экологические 
проблемы, обусловленные нарастающими объемами производства электрической и тепловой энергии; геополитические и социальные угрозы, 
связанные с энергообеспечением. Три последующие части целиком посвящены проблемам эффективного использования энергетических ресурсов, которыми на сегодня располагает человек. 

Во второй части
[35] приоритет был отдан социально
экономическим, организационным и правовым аспектам энергосбережения, барьерам на пути к повышению энергоэффективности в мире 
и России. 

В третьей части [36] основное внимание уделено анализу причин 

потерь энергии и энергоресурсов, потенциалу энергосбережения и способам его реализации при добыче, предварительной подготовке и 
транспортировке энергоресурсов, при производстве, передаче и распределении электрической и тепловой энергии. Очевидно, что речь в ней 
идет об энергетической эффективности работы основных предприятий 
топливно-энергетического комплекса (ТЭК). 

В четвертой части (т. е. в данной книге) проблемы энергосбере
жения и повышения энергетической эффективности рассмотрены применительно к секторам конечного потребления энергии – обрабатывающей промышленности, агропромышленному комплексу, бюджетным 
учреждениям и жилищно-коммунальному хозяйству, транспорту, освещению. Данная книга, вместе с тремя предыдущими, призвана создать у 
читателя целостное представление об энергосбережении и повышении 
энергетической эффективности как о магистральном направлении обеспечения энергетической и экологической безопасности отдельных стран 
и человеческого сообщества в целом. 

Распределение энергопотребления по секторам экономики пока
зано на рис. 1, а распределение потенциала энергосбережения характеризуется следующими цифрами: 

 электроэнергетика – 42 млн т у. т.;
 теплоэнергетика – 16 млн т у. т.;
 добыча и транспорт углеводородов – 21 млн т у. т.;
 секторы конечного потребления энергии (ЖКХ, бюджетный 

сектор, сектор услуг и др.) – более 156 млн т у. т.

К 2020 г. суммарный потенциал электроснабжения составит 

195 млн т у. т.

Рис. 1. Структура энергопотребления России [84]

Видно, что в секторах конечного потребления энергии сосредо
точена бóльшая часть потенциала энергосбережения, реализация которого может радикально укрепить экономику и социальную сферу страны, благоприятно повлиять на экологическую обстановку. Физический 
износ, моральное старение и нарушение технических регламентов эксплуатации оборудования ограничивают энергоэффективность в экономике и социальной сфере на уровне, существенно ниже задаваемого законами природы.

Сектор конечного потребления энергии отличается огромным 

разнообразием по объемам и характеристикам потребляемых энергоносителей, по целям и способам их преобразования в другие виды энергии. Это требует от «энергосберегателя» хотя бы в общих чертах иметь 
представление о процессах и оборудовании в основных энергопотребляющих секторах экономики, а от авторов – тщательного отбора самого 
необходимого материала и способов его подачи. Данное учебное пособие начинается с рассмотрения потенциала энергосбережения и способов его реализации, характерных для большинства потребителей, а за

тем кратко рассматриваются их особенности применительно к различным процессам и технологиям. Для читателей, желающих более глубоко вникнуть в проблемы энергосбережения у конкретного потребителя, 
в книге даны ссылки на специальную литературу. 

Как и в предыдущем пособии [36], список литературы состоит из 

двух частей: основной, содержащей литературу, рекомендуемую для 
получения базовых знаний по определенной проблеме, и дополнительной, в которой указаны источники информации, помещенной в книге. 
Предпочтение отдано учебникам и учебным пособиям. В необходимых 
случаях материалы заимствованы из монографий и научных статей. 
Последние не обозначены ссылкой только в тех случаях, когда они 
опубликованы в малотиражных или узкоспециализированных труднодоступных изданиях.

Идеология и содержание книги базируются на трудах известных 

российских ученых и специалистов в области энергосбережения 
(И.А. Башмакова, В.В. Бушуева, А.Г. Вакулко, Б.П. Варнавского, 
Л.П. Варфоломеева, В.Э. Воротницкого, Н.И. Данилова, О.Л. Данилова, 
А.Н. Дмитриева, Е.А. Зенютича, А.В. Клименко, В.И. Ливчака, 
В.Г. Лисиенко, В.В. Литвака, Б.В. Лукутина, А.Т. Овчарова, М.М. Соловьева, Д.С. Стребкова, Ю.А. Табунщикова, Ю.Ф. Тихоненко, 
В.М. Фокина, Я.М. Щёлокова, М.И. Яворского).

Учитывая большие успехи в области энергосбережения и повы
шения энергоэффективности, достигнутые высокоразвитыми странами, 
авторы часто обращаются к их опыту, который может быть заимствован при адаптации к условиям России. 

Для студентов и специалистов хорошим помощником в углубле
нии знаний в области энергосбережения и повышения энергетической 
эффективности может стать уникальное справочно-методическое издание – «Библиотека энергоэффективности и энергосбережения» [53]. 
«Библиотека» состоит из 3 серий, включающих 24 тома. (К началу 
2015 г. изданы первые 5 томов.) 

Авторы благодарны инженеру Регионального центра ресурсо
сбережения ТПУ Е.В. Богдановой за помощь в работе над рукописью.

С благодарностью будут приняты замечания и предложения, кото
рые читатели могут направлять по электронным адресам: vyush@tpu.ru
и chubik@tpu.ru.

Авторы

СЛОВАРЬ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

Автоге́нный металлургический процесс (автогенная плавка) –

технологический процесс, который осуществляется полностью за счет 
внутренних энергетических ресурсов, без затрат посторонних источников тепловой энергии – топлива или электрического тока.

Автоклáв – аппарат для проведения различных процессов при 

нагреве и под давлением выше атмосферного.

Агломерация (в металлургии) – образование спеканием относи
тельно крупных пористых кусков из мелкой руды или пылевидных материалов. При агломерации легкоплавкая часть материала, затвердевая, 
скрепляет между собой твердые частицы. 

Проветриватели серии AEROMAT осуществляют воздухообмен 

пассивно (используя естественную разницу давления) или активно 
(с помощью встроенного вентилятора), при этом каждый прибор серии 
обладает высокими шумозащитными характеристиками. Благодаря регулируемому в соответствии с потребностями клиента потоку воздуха 
проветриватели заботятся о здоровом и комфортном микроклимате в 
помещении.

Аглошихта – смесь исходных рудных материалов, флюсов и топ
лива в соотношении, обеспечивающем получение агломерата заданного 
качества.

Активный термос (в работах по бетонированию в зимних усло
виях) – утепленная  опалубка с устройством сверху защитного слоя из 
толи, камышита, картона, соломита, фанеры и т. п., поверх  которых могут быть уложены опилки, шлак, шлаковойлок, стекловата. 

Апкоре-фильтр – устройство, реализующее противоточную тех
нологию ионного обмена для умягчения и обессоливания воды.

Аэромат – встраиваемый оконный проветриватель, заменяющий 

«форточку» и при этом обеспечивающий сохранение звукоизоляции. 

Байпас – обводной трубопровод технологических установок, 

применяющийся для транспортировки жидкостей, газов параллельно 
запорной и регулирующей аппаратуре.

Барботаж/барботирование (перемешивание) – процесс пропус
кания газа или пара через слой жидкости. При барботировании создается 
большая межфазная поверхность на границе «жидкость – газ», что способствует интенсификации тепло- и массообменных процессов, а также 
более полному химическому взаимодействию газов с жидкостями.