Ученые ИрГТУ разработали и установили в одном из иркутских троллейбусов уникальную конструкцию воздушно-тепловой завесы, которая надежно защитит салоны электротранспортных средств от потери тепла в зимний период. Эффективная энергосберегающая система занимает особое место среди инновационных разработок ИрГТУ для муниципального хозяйства г. Иркутска.
Как рассказал доцент кафедры городского строительства и хозяйства ИрГТУ Игорь Шелехов, над проектом работает инновационное предприятие Технопарка «Термостат». Монтаж системы, предложенной учеными университета, осуществляет МУП «Иркутскгорэлектротранс».
«Вопрос сохранения тепловой энергии в помещениях с переменным тепловым режимом (магазины, общественные и административные здания) стоит очень остро, особенно для северных регионов нашей страны с их большим перепадом температур и сильными ветровыми нагрузками. Обычно проблема решается с помощью установки воздушно-тепловой завесы. В процессе эксплуатации в таких завесах можно скорректировать величину выделяемой мощности, а в некоторых моделях и скорость воздушного потока. Однако встречаются помещения с особо сложными условиями, например, к ним относятся салоны городского транспорта.
Наиболее актуальна проблема защиты от тепловых потерь для городского электротранспорта в условиях осеннего, зимнего и весеннего сезонов. Это обусловлено не только тем, что помещение постоянно перемещается, но и климатическими особенностями нашего региона, где в период с октября по март диапазон температур в среднем может колебаться от + 7 до –20 °С. Поэтому каждый год перед руководством МУП «Иркутскгорэлектротранс» стоит задача, как сделать пребывание пассажиров в салонах троллейбусов и трамваев комфортнее. В настоящее время парк подвижного состава предприятия составляют 73 троллейбуса (износ 30 %) и 58 трамваев (износ 88 %)», - рассказал И. Шелехов, подчеркивая важность своего проекта.
По словам ученого, в зимний период на отопление троллейбуса тратится примерно в два раза больше электроэнергии, чем на его движение. Данные показывают, что потребляемая мощность электроэнергии, затрачиваемая на обогрев одного салона трамвая, составляет в среднем 30 кВт, троллейбуса – 20 кВт. Специалисты МУП «Иркутскгорэлектротранс» устанавливают на трамваях классические воздушно-тепловые завесы для предотвращения попадания холодного воздуха в салон. Между тем, использование стандартных нагревательных элементов в тепловых завесах, а также применение в качестве коммутационной аппаратуры обычных реле и температурных датчиков делает систему энергоемкой.
И. Шелехов отмечает, что намного хуже обстоит ситуация с отоплением троллейбусов, где нет возможности установить тепловую завесу из-за расположенной над дверями системы привода открывания-закрывания дверей. Салоны обогреваются установленными под сиденьями тепловыми пушками, эффективность которых при внешних температурах от –20 до –35 °С составляет всего 10–15 %, так как при открытых дверях в салоне за 10–15 секунд происходит полный воздухообмен.
«Мы ставили перед собой задачу разработать эффективную энергосберегающую систему жизнеобеспечения подвижного состава электротранспорта Иркутска. По мнению проектных автотранспортных организаций, к которым обращались руководители МУП «Иркутскгорэлектротранс», применение классических решений, особенно при температурах ниже –20 °С, является невозможным. В основном это обусловлено тем, что установить отопительный прибор или тепловую завесу неосуществимо из-за расположенной над дверями системы привода открывания-закрывания дверей. То есть, специалисты утверждали, что при имеющихся нагревательных элементах и вентиляторах нельзя разработать такую конструкцию отопительного прибора, которая вписывалась бы в конструкцию троллейбуса.
Если проблему с воздухоподачей можно решить путем применения малогабаритных центробежных вентиляторов и системы воздуховодов, то классические нагревательные элементы с необходимой удельной мощностью и нужных габаритов не выпускаются. Действительно, сложно изготовить по классическим технологиям нагревательный элемент с малой площадью теплопередачи на высокое напряжение и с большой площадью теплопередачи на низкое напряжение (в салоне троллейбуса используются два напряжения: 550 и 24 В).
Мы предлагаем решить эту задачу с применением уникальных полупроводниковых нагревательных элементов, разработанных в ИрГТУ. Используя данную технологию, сотрудники инновационного предприятия «Термостат», могут не только изготовить нагревательный элемент на любое напряжение в диапазоне от 3,7 до 660 В на требуемую площадь теплопередачи, но и обеспечить эффект саморегуляции», - пояснил И. Шелехов.
Применяя новую конструкцию воздушно-тепловой завесы для салонов троллейбусов, достигаются оптимальные технические характеристики воздушно-теплового потока, необходимого для надежной защиты подвижного транспорта от проникновения холодного воздуха. При этом параметры энергопотребления также являются оптимальными, что предотвращает перерасход электроэнергии.
В 2011 году проектом заинтересовалась администрация Иркутска и направила на создание инновационной системы отопления 320 тысяч рублей, еще 80 тыс. рублей в проект вложили сами политеховские инноваторы. После успешного проведения лабораторных испытаний, первый экспериментальный образец был смонтирован в салоне одного из иркутских троллейбусов. Эксперименты проводились в реальных условиях. Ветровую нагрузку обеспечивал вентилятор с регулируемой скоростью, максимальная скорость воздушного потока составляла 16 м/с. Испытания показали, что данная конструкция воздушно-тепловой завесы полностью предотвращает проникновение в салон внешних холодных потоков при средней скорости 8 м/с . Положительные результаты были получены при суммарной мощности тепловых завес 15 кВт.
Авторы проекта разработали и зарегистрировали в соответствии с действующим законодательством нормативно-техническую документацию, после проведенных сертификационных испытаний выдан сертификат соответствия на серийное производство данных систем отопления на три года.
В течение 2012-2013 гг. ученые модернизировали систему обогрева, уделяя внимание созданию микроклимата в салоне.
«В феврале этого года один из иркутских троллейбусов был оборудован усовершенствованной конструкцией тепловой завесы. В настоящее время по городу ездит троллейбус с обогревателем, рассчитанным на северную зону с температурой минус 40-45 градусов. Мы периодически измеряем параметры на этом троллейбусе. Сотрудники «Горэлектротранса» активно помогают в исследованиях, при необходимости снимая с линии экспериментальный троллейбус и выделяя сотрудников.
Применяя нашу систему, можно получить хороший экономический эффект. А если троллейбусы еще и отремонтировать (утеплить в салонах полы и поставить двойные стекла), то при их эксплуатации можно ежегодно получать до 70% экономии. В результате не стояла бы так остро проблема увеличения стоимости проезда, - подчеркнул И. Шелехов.
Ученые ИрГТУ готовы передать всю техническую документацию по эффективной энергосберегающей системе МУП «Иркутскгорэлектротранс». Перспективной разработкой заинтересовались многие российские города, а также Улан-Батор (Монголия).
В настоящее время специалисты предприятия «Термостат» готовят заявку для участия в конкурсе на предоставление субсидий из бюджета Иркутска. Городские власти ежегодно поддерживают инноваторов, которые реализуют проекты, приоритетные для Иркутска.
