Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Энергоэффективность в 2020 году. Новые нормативные акты и новые высокоэффективные технологии

В. С. Казейкин, председатель секции по энергосбережению Экспертного совета Комитета по жилищной политике и ЖКХ Государственной думы РФ

В. А. Толстолугов, к. т. н., доцент, почетный работник ЖКХ России, генеральный директор научно-производственной фирмы ООО «ЭкоМИРТ»

В. А. Петров, советник генерального директора АО «НПП «Интеграл»»

Начало 2020 года ознаменовалось тем, что во исполнение пунктов 3 и 5 Плана мероприятий («дорожная карта») по реализации механизма «регуляторной гильотины», утвержденного Правительством Российской Федерации от 29 мая 2019 г. № 4714п-П36, Минстроем России подготовлены предложения по внесению изменений в нормативные правовые акты, предусматривающие, в том числе, признание с 1 января 2021 года утратившими силу следующих актов в сфере энергосбережения и повышения энергетической эффективности:

— Постановление Правительства Российской Федерации от 25 января 2011 г. № 18 «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов»;

— Постановление Правительства Российской Федерации от 9 декабря 2013 г. № 1129 «О внесении изменений в требования к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов»;

— Приказ Минстроя России от 17 ноября 2017 г. № 1550/пр «Об утверждении Требований энергетической эффективности зданий, строений, сооружений».

В последнее время широко обсуждается такое понятие как «альтернативная котельная» (далее — «альткотельная»), которая утверждена Постановлением Правительства РФ и представляет новый метод расчета тарифов на тепло, когда цена для потребителей определяется не по методу «затраты плюс», а в рамках свободного ценообразования, ограниченного предельной планкой. Утверждается, что переход на «альткотельную», по мнению теплоснабжающих организаций, позволит модернизировать и улучшить систему теплоснабжения городов. Можно ли говорить о снижении оплат для населения на основании этого утверждения? Вот пример: с 1 января 2020 года при использовании «альткотельной» рост по Ульяновску составит 2,6%. И в чем здесь энергоэффективность и энергосбережение?

Одновременно Минстроем России предложено внести изменения в Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», в соответствии с которыми Правительством Российской Федерации должны быть утверждены Требования энергетической эффективности в отношении зданий, строений, сооружений. Необходимо отметить, что отмена вышеуказанных Постановлений Правительства и Приказа Минстроя РФ неблагоприятно скажется на проведении мероприятий по повышению энергоэффективности зданий и сооружений, а также на достижении целевых показателей по снижению энергоемкости ВВП России за счет технологического фактора, установленных распоряжением Правительства Российской Федерации от 19 апреля 2018 г. № 703-р. Именно поэтому профессиональное сообщество во главе с Некоммерческим партнерством «Национальное объединение саморегулируемых организаций в области энергетического обследования» (НОЭ) совместно с Ассоциацией инженеров по вентиляции, отоплению, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике «АВОК СЕВЕРО-ЗАПАД» выступили с обращением о готовности оказать максимальное содействие в подготовке предложений по разработке нового акта Правительства Российской Федерации, устанавливающего Требования энергетической эффективности в отношении зданий, строений и сооружений, взяв при этом за основу положения Постановления № 18 ПП РФ и Приказа № 1550/пр. Минстроя РФ, а также правоприменительную практику указанных актов.

Одновременно с этой инициативой профессиональное сообщество во главе с Ассоциацией «Национальное объединение производителей строительных материалов, изделий и конструкций» (НОПСМ), НОЭ и «АВОК СЕВЕРО-ЗАПАД» обратились в Правительство России с предложением об обязательном включении показателя энергетической эффективности зданий, строений, сооружений в проект Стратегии развития строительной отрасли до 2030 года, подготовленной Минстроем России. Это будет реальным практическим шагом по выполнению ратифицированного в соответствии с Постановлением Правительства от 21 сентября 2019г №1228 Парижского соглашения об ограничении выбросов парниковых газов.

В целях фиксации в реальном времени фактических показателей энергопотребления и надежности систем теплоснабжения Минстрой России совместно с НП «Российское теплоснабжение» с января 2020 года начинают пилотные проекты в городах Оренбургской области и Республике Марий Эл по мониторингу надежности и оценки эффективности функционирования систем теплоснабжения. Мониторинг позволит фиксировать в режиме реального времени фактические показатели энергоэффективности и надежности систем теплоснабжения, анализировать и оценивать системы теплоснабжения поселений и городских округов органами региональной и муниципальной власти. Полученные данные будут использованы для последующего принятия технологически и экономически эффективных инвестиционных решений по модернизации систем теплоснабжения, которые будут разделены на высоконадежные, надежные, малонадежные и ненадежные.

Основные положения этих новых документов и промежуточные итоги пилотных проектов будут обсуждены 10 марта 2020 года в рамках Международного конгресса «Энергоэффективность. XXI век. Архитектура. Инженерия. Цифровизация. Экология» (Москва, ЦВК «Экспофорум», Краснопресненская наб., д. 14) и 29–31 мая 2020 года на VI Всероссийском форуме «Энергоэффективная Россия» на теплоходе «Санкт-Петербург», (Москва — Тверь — Москва).

На этом же конгрессе и форуме будут представлены высокоэнергоэффективные технологии, позволяющие обеспечить величину коэффициента преобразования электрической энергии в тепловую более единицы. К таким устройствам относятся две большие группы отопительных приборов, Первая группа — это различные типы кавитационных теплогенераторов, вторая — различные тепловые насосы.

Впервые кавитационный теплогенератор собрал Джозеф Ранк в 1934 году. В советское время первенство в создании вихревого нагревателя, позволяющего быстро разогревать воду, принадлежало профессору Куйбышевского авиационного института А. П. Меркулову. В дальнейшем к аналогичным исследованиям подключились немецкие, японские и американские ученые (Eugene Iove, Water-Fueled Kinetic Furnace Enters the New Energy e. Infinite Energy, v.4, issue 19, 1998) которые показали, что коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую в этих устройствах находится в пределах 1,2–3,0 и более единиц, а коэффициент полезного действия по преобразованию электрической энергии в электрическую составляет 0,98. Список наиболее известных инновационных проектов на тему «Гидродинамические теплогенераторы» защищен 40 патентами. Основная задача кавитационного теплогенератора — образование кавитационных пузырьков (кавитонов), от количества и размеров которых зависит интенсивность нагрева воды. В современной практике существует несколько видов таких теплогенераторов, отличающихся принципом выработки пузырьков в жидкости. Наиболее распространенными являются четыре вида.

1. Роторные теплогенераторы — представляют агрегаты, в которых используются центробежные насосы с усовершенствованной конструкцией. В качестве статора здесь применяется насосный корпус, куда устанавливается входная и выходная труба. Главным рабочим элементом в них выступает камера, где размещается подвижный ротор, он работает по принципу колеса. Одним из первых эффективных моделей кавитационных преобразователей был генератор Григгса, в котором использовался дисковый ротор с несквозными отверстиями на поверхности. Число отверстий в установке зависит от используемой роторной частоты вращения. Статор в тепловом генераторе выполнен в виде цилиндра, который запаян с двух концов, где непосредственно вращается ротор. Существующий зазор между статором и ротором равняется примерно 1,5 мм. Отверстия в роторе необходимы для того, чтобы в жидкости, трущейся о поверхности цилиндра, появлялись завихрения с целью создания кавитационных полостей. Нагревание жидкости обеспечивается физико-химическими процессами, происходящими внутри кавитонов. Роторные теплогенераторы выпускаются и поставляются десятками предприятий в России (Москва, Санкт-Петербург, Краснодар, Ростов‑на-Дону, Ковров, Тула, Ижевск и др.) — Госкорпорацией «Ростех», НПП «ЭкоЭнергоМаш», НПО «Термовихрь», ФГУП «СПЛАВ», ОАО «ЗиД», компаниями «Экотепло», «Тепло XXI века», «Бюро Инновационных Технологий», «НПО «Климат-Контроль», «Группа ГМС», «СтройМашОпт», «ТТС» и другими. В Республике Беларусь в рамках Государственной научно-технической программы (ГНТП) прошли специальные испытания гидродинамические теплогенераторы «ЮРЛЕ» производства компании «ЮРЛЕ-К» и ОАО «Завод Промбурвод». Эти генераторы, имеющие коэффициент преобразования энергии в пределах 1,2–3, выпускаются также на Украине (Донецк, Харьков, Киев), в Казахстане, Молдове и других государствах.
2. Трубчатые и вихревые теплогенераторы — осуществляют образование кавитационных пузырьков благодаря продольному расположению камер с высоким и низким давлением и трубок. Подача воды на рабочий орган осуществляется гидродинамическим насосом, который создает механическое усилие жидкости в трубах, сужающихся по длине, или за счет установки нескольких сопел Лаваля. В сопле давление жидкости значительно возрастает, а при ее переходе в более широкую полость давление значительно снижается и начинается образование кавитационных пузырьков. Благодаря физико-химическим процессам, проходящим внутри пузырьков, выделяется тепловая энергия. Производство указанных теплогенераторов осуществляют российские НПП «Альтернативные технологии энергетики и коммуникации», ООО «Нотека-С», НПП «Ангстрем», ООО УК «ОРБИ», ОАО «Завод КОММАШ», компания ООО «ЮСМАР» (Молдова) и другие. За прошедшие 20 лет изобретателями вихревых теплогенераторов получено порядка 50 патентов.
3. Ультразвуковые теплогенераторы — неоднородность жидкости с образованием кавитонов в таких теплогенераторах создается за счет звуковых колебаний низкой частоты. Впервые этот процесс описали в 1934 году немецкие ученые Н. Френцель и Х. Шультес. Они обнаружили, что звуковые волны вызывают образование, расширение и сжатие газовых пузырьков, а размеры пузырьков меняются от нескольких десятков до нескольких микрон. В результате содержащийся в пузырьках газ приобретает высокую температуру. Данные типы устройств имеют камеру-резонатор, настроенную на определенную частоту звуковых колебаний. Вибрация пластины создает волновой эффект внутри жидкости, который достигает стенок камеры-резонатора и отражается. При возвратном движении волны встречаются с прямыми колебаниями и создают гидродинамическую кавитацию с образованием тепла.
4. Молекулярный теплогенератор АТП «ТермаРОН» — на этом устройстве, разработанном компанией ООО «ЭкоМИРТ», необходимо остановиться особо, поскольку он, как и вышеперечисленные теплогенераторы, полностью экологичен и не выделяет в окружающую среду никаких вредных веществ во время работы, но обладает более высоким коэффициентом преобразования электрической энергии в тепловую, имеет небольшие габариты и поэтому может применяться для обогрева как небольших помещений (до 60 м²), так и крупных потребителей и, что самое главное, работает бесшумно и может устанавливаться в эксплуатируемом помещении.

Общий вид АТП ТермаРОН

Первый образец молекулярного реактора был смонтирован и испытан 2008 году вИнституте строительства и жилищно-коммунального хозяйства ГАСИС Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» в рамках Лаборатории энергосберегающих технологий. При его эксплуатации было отмечено, что при воздействии электрического тока на воду были зафиксированы положительные результаты и на 1 кВт затраченной электрической энергии было получено 1,5–2,0 кВт тепловой энергии. В 2009–2012 гг. в рамках технопарка Академии ВЭГУ (г. Сочи) было разработано следующее поколение однофазных, двухфазных и трехфазных молекулярных теплогенераторов с включением в процесс теплогенерации новых факторов, а именно: электролиза, кавитации, резонанса и синергии указанных процессов. При этом были зафиксированы новые положительные результаты по генерации тепловой энергии, и на 1 кВт затраченной электрической энергии было получено уже 2,5–3,0 кВт тепловой энергии. 15 июня 2012 года был зарегистрирован патент на полезную модель РФ № 123119 «Устройство для производства тепловой энергии», в которой нагрев текучей среды обеспечивался объемными волновыми отражателями (резонаторами) параболического типа, установленными внутри корпуса теплогенератора и связанными со средствами настройки их колебаний, отличающиеся тем, что в трубопровод подачи теплоносителя в теплогенератор введен ускоритель-активатор в форме сопла Лаваля, который не имеет механических движущих частей, при этом между упомянутым ускорителем-активатором и входным патрубком корпуса теплогенератора смонтирован тангенциальный завихритель. Значительное повышение степени активации теплоносителя в корпусе теплогенератора достигнуто в результате совместного воздействия на него специально сконфигурированного матричного магнитного поля, организованного с использованием секционированных сверхсильных магнитов NeFeB и кавитатора. В работе молекулярного котла АТП-ТермаРОН электричество выполняет лишь функцию катализатора процессов, реализуемых внутри котла. В 2012 году были изготовлены, смонтированы и налажены 3-фазные комплексы АТМ-СОЧИ (прототип АТП-ТермаРОН) на многоквартирных многоэтажных домах в г. Адлер, ул. Ленина, д.146 (6 этажей), и МКД г. Адлер, ул. Каспийская, д. 40 (5 этажей). В течение 2015–2018 гг. фирмой ООО «ЭкоМИРТ» было осуществлено создание технологического испытательного стенда на объекте по адресу: г. Москва, ш. Энтузиастов, д. 10/2.

Технологический испытательный стенд на объекте по адресу: г. Москва, ш. Энтузиастов, д. 10/2

В июле 2015 года фирмой ООО «ЭкоМИРТ» было получено свидетельство № 15-561 на результат интеллектуальной деятельности — секрет производства (ноу-хау) — автономный тепловой пункт модульного типа АТП-ТермаРОН, охраняемый в режиме коммерческой тайны.

Автономный тепловой пункт модульного типа АТП-ТермаРОН

Выполнено полное конструктивное переформатирование молекулярных тепловых генераторов АТП-ТермаРОН применительно к условиям потребительского рынка. Была разработана линейка однофазных, двухфазных и трехфазных молекулярных теплогенераторов тепловой мощностью от 3 до 60 кВт. Испытания нового поколения АТП-ТермаРОН на технологическом испытательном стенде показали, что за период работы с 24 марта по 6 апреля 2017 года (250 часов работы с учетом технологического перерыва на выходные дни) АТП-МиниТермаРОН потребил 282 кВт/ч электрической энергии, при этом объем генерации тепловой энергии составил 872 кВт/ч. Таким образом, коэффициент генерации тепловой энергии за наблюдаемый период составил 872/282 = 3,09.

В 2018 годуфирмой ООО «ЭкоМИРТ» была разработана и успешно реализована система воздушного отопления объектов гражданского и промышленного назначения АТП-ТермаРОН/В. Объект находится в торговом центре по адресу: г. Москва, ул. Дружниковская, д. 11А, 2 этажа, площадь отапливаемых помещений 540 м². АТП-ТермаРОН/В обеспечивает объект теплом без водяных труб и батарей отопления, приносит прохладу в помещения без комнатных сплит-систем, обеспечивает приток свежего воздуха без форточек.

Система воздушного отопления АТП-ТермаРОН/В

В 2018–2019 гг. фирмой ООО «ЭкоМИРТ» была разработана и подготовлена к промышленным испытаниям гибридная система отопления и горячего водоснабжения объектов АТП-ТермаРОН/ГС, сочетающая базовый модуль АТП-ТермаРОН с гелиосистемой, преобразующей энергию солнца в тепло.

Гибридная система отопления и горячего водоснабжения объектов АТП-ТермаРОН/ГС

Гелиосистема для отопления — это не автономная система, а дополнение к существующей, основной. Система отопления должна на 100% перекрывать потребности в тепловой мощности без использования солнечной энергии. То есть солнечные коллекторы можно рассматривать как дополнительный источник нагрева, как дополнительный котел в системе отопления, который работает в солнечную погоду.

В настоящее время АТП-ТермаРОН полностью соответствует требованиям Федерального закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» и относится к высокому классу энергоэффективности «А».  АТП-ТермаРОН изготавливается в соответствии с ТУ 485972-002-18522064-2017 и требованиями ГОСТ 2.601-2013, отвечает требованиям пожарной безопасности, установленным в Законе РФ № 123-ФЗ и Приказе МЧС РФ № 91. При работе АТП-ТермаРОН полностью отсутствуют выбросы в атмосферу от продуктов сгорания, не возникает ни одного вида негативных излучений — микроволнового, радиационного, полевого. АТП-ТермаРОН отвечает требованиям СанПиН 2.1.4.2496-09 в части Гигиенических требований к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения, обеспечения эпидемиологической безопасности, безвредности химического состава, а также благоприятных органолептических свойств горячей воды, используемой для хозяйственно-бытовых нужд. АТП-ТермаРОН является надежным, высокоэффективным, экологически безопасным источником тепловой энергии и горячей воды для целей отопления и горячего водоснабжения, работающим с высоким уровнем автоматизации в дискретном режиме.

Эти характеристики АТП-ТермаРОН позволили обеспечить его успешное применение для отопления индивидуальных и многоэтажных домов, таунхаусов, школ, детских садов, офисов, гостиниц, торговых центров, производственных и иных помещений по всей территории России от Калининграда до Якутии. Величина коэффициента преобразования электрической энергии в тепловую колеблется на разных объектах в диапазоне от 2,3 до 4,6 единицы, что в среднем составляет 3,45, а коэффициент полезного действия самой установки по преобразованию электрической энергии в тепловую составляет 0,98. Поэтому с термодинамической точки зрения более правильно в данном случае использовать термин «коэффициент преобразования энергии» вместо КПД установки. Именно этот коэффициент преобразования энергии используется для оценки эффективности тепловых насосов. Он трактуется как отношение теплопроизводительности теплового насоса к его энергозатратам, которое зависит от разницы температур в испарителе и конденсаторе и находится в различных конструкция в интервале от 2,5 до 3 и даже выше, т. е. на 1 Вт затраченной электроэнергии тепловой насос производит от 2,5 до 3 Вт тепловой. Такой высокий коэффициент преобразования энергии ни у кого не вызывает сомнений, поскольку дополнительная энергия в тепловых насосах образуется из низкопотенциального тепла земли, воды или воздуха. Откуда же берется дополнительная тепловая энергия в кавитационных теплогенераторах? Тем более что они серийно производятся во многих странах (Германия, Япония, США, Россия, Беларусь, Казахстан, Молдова и другие), сотнями различных компаний, имеют различный механизм действия (роторные, трубчатые, вихревые, ультразвуковые и молекулярные), но всех их объединяет процесс кавитации воды и дополнительное выделение от 1,5 до 3 и более кВт тепловой энергии.

Учитывая, что этот вопрос служит поводом постоянной дискуссии, то в данной статье впервые дается описание внутренних процессов, происходящих при воздействии на воду электрического тока внутри АТП «ТермаРОН». К этим процессам относятся ставшие уже классическими и полностью соответствующими законам термодинамики электролиз, кавитация, резонанс и синергия указанных процессов. Рассмотрим последовательно каждый из вышеуказанных процессов.

            Электролиз. Еще в 1777 году Антуан Лавуазье на заседании французской Академии наук доказал, что вода состоит из водорода и кислорода. Сложность состояла в том, что воду до того считали не соединением, а элементом. Даже в нормальных условиях часть молекул воды постоянно диссоциирует на ионы, то есть одна молекула теряет протон, а другая присоединяет его, в результате чего получаются соединения ОН^— и Н₃О⁺ соответственно. Интенсивность разложения воды существенно возрастает при воздействии на нее электрического тока. Впервые процесс электролиза — разложения воды при пропускании через нее электрического тока с образованием микропузырьков, содержащих молекулярный водород и кислород, описал в 1834 году Майкл Фарадей. Возникающие при гидролизе радикалы (-Н, -ОН, -НО_з) и молекулярные ионы (Н_зО, -Н_зО) способны вызывать различные химические превращения молекул воды с выделением дополнительной энергии. Источниками этой энергии служат две равноценные связи O-H в молекуле воды. При последовательном их разрыве энергия первой разрываемой из них составляет 116 ккал, второй — 104 ккал. В расчетах принято брать среднее значение 110 ккал. Следует отметить, что особенностью работы АТП «ТермаРОН» является точечный гидролиз воды, локализованный в зоне образования и роста кавитационных пузырьков. Образующихся при этом радикалов и молекулярных ионов достаточно для того, чтобы проникнуть в каждый кавитационный пузырек и вступить в реакцию с молекулой воды и газами.

Кавитация (от лат. cavitas — пустота) — физический процесс образования и последующего схлопывания в жидкости пузырьков, заполненных паром или газом. Термин был введен 1894 году британским инженером Р. Фрудом. Вода в природе не является однородной и чистой средой, в 1 л воды при температуре 20 °С растворяется приблизительно 665 мл углекислого газа. В результате возникающих в АТП «ТермаРОН» волново-резонансных процессов, вызванных действием знакопеременного электромагнитного поля с частотой 50 Гц в воде, возникают волны разряжения и сжатия. В фазе разряжения давление в жидкости падает, газы, растворенные в ней, и пар данной жидкости вскипают. Образуются микропузырьки размером 1–3 мкм (кавитоны). Чтобы в жидкости образовались микрополости разряжения, необходимо раздвинуть ее соседние молекулы на расстояние не менее удвоенной длины промежутка между ними. Далее сила атмосферного давления и давления разряжения в кавитационном пузыре уравниваются. Эта фаза называется точкой равновесия, ее продолжительность исчисляется миллисекундами. Затем в фазе сжатия под действием повышенного давления и сил поверхностного натяжения давление внутри пузырьков начинает превышать равновесные значения и происходит интенсивное схлопывание образовавшихся полостей. В развитой кавитационной области количество кавитационных пузырьков превышает количество зародышей примерно в тысячу раз. Это объясняется тем, что процесс возникновения кавитационных пузырьков является цепной реакцией. В момент схлопывания давление и температура газа достигают значительных величин (по данным научных исследований, до 100 МПа и 1000 °С). Подробное математическое описание процесса образования, развития и схлопывания кавитационного пузырьков дано в статье («Кавитация». Промтов М. А., доктор технических наук, профессор заведующий кафедрой «Машины и аппараты химических производств» Тамбовского государственного технического университета, http://assets.utinlab.ru/uploads/ru/articles/Kavitac.pdf.

            Синергия процессов электролиза, кавитации и резонанса заключается в том, что в АТП «ТермаРОН» в результате волново-резонансных, молекулярно-кластерных и ионизационных процессов в образующуюся квитанционную полость диффундируют не только пары воды и растворенных в ней газов, но и возникающие при гидролизе чрезвычайно химически активные радикалы и молекулярные ионы, способные вызывать различные химические превращения молекул воды путем передачи ей энергии электронного возбуждения с образованием перекиси водорода, озона и других соединений. Подтверждением этому служат проведенные в 2019 году исследования химиков из США и Южной Кореи под руководством Ричарда Заре (Richard Zare) из Стэнфордского университета, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences Production of hydrogen peroxide enabled by microdroplets — Sep 24, 2019 (https://www.pnas.org/content/116/39/19294), которые обнаружили, что перекись водорода H₂O₂ без дополнительных физических воздействий, при нормальном атмосферном давлении, может самопроизвольно образовываться на  пленочной поверхности небольших водяных капель размером от 1 до 20 микрон (эквивалентно диаметру кавитонов), что противоречит распространенному мнению о стабильности и химической инертности воды. Более того, концентрация перекиси возрастала с уменьшением диаметра капель. По мнению авторов, данное исследование может лечь в основу новых знаний относительно химического и физического состава воды, а также новых способов получения перекиси водорода и энергии в результате ее распада. Учитывая, что при кавитации образуются миллионы микропузырьков, то площадь их активной поверхности, на которой происходит образование молекул перекиси водорода, озона и других соединений, может достигать значительных величин. Интенсивность этих реакций по образованию перекиси водорода в воде может существенно возрастать при использовании электричества. Окислительные свойства перекиси водорода, впервые полученной французским химиком Луи Жаком Тенаром в 1818 году, основаны на сравнительно легком отщеплении одного из атомов кислорода. Перекись водорода — сильный окислитель, склонный к самопроизвольному разложению на воду и кислород с выделением значительного количества тепла. Скорость разложения перекиси водорода возрастает с увеличением концентрации. В общем виде формула экзотермической реакции разложения перекиси водорода выглядит следующим образом: 2 Н₂О₂ = 2 Н₂О + О₂ + 23 ккал. Следует отметить, что с повышением концентрации перекиси водорода температура воды может достигать более значительных величин. Выделение тепла при распаде перекиси водорода подробно исследовал в 1933 году немецкий инженер Гельмут Вальтер. Он установил, что при распаде перекиси водорода концентрацией 75% выделяющегося тепла достаточно для превращения всей образующейся воды в перегретый пар. При разложении всего одного килограмма 90%-ной перекиси водорода выделяется 1700 литров пара, нагретого до 740 °С. При разложении одного кубического сантиметра 100%-ной жидкой перекиси водорода на кислород и воду происходит значительное саморазогревание, вся вода переходит в парообразное состояние, а полученная смесь газообразных кислородных и водяных молекул достигает температуры 950°, образующийся при этом пар может вращать турбины Это свойство перекиси водорода активно использовалось в жидкостных реактивных двигателях в ракетах «Фау-1» и «Фау-2», а затем в двигателях американских ракет «Редстоун», «Викинг», «Юпитер» и других. («Катализ и ингибирование химических реакций». Под редакцией доктора химических наук профессора А. М. Рубинштейна; Москва, Мир,1966. 507 с.)

Вторым веществом, дающим тепло при распаде в кавитационном пузырьке, является озон. Растворимость озона в воде значительно больше, чем растворимость кислорода — 100 объемов воды при 0° растворяют 49 объемов озона. При обыкновенной температуре озон довольно устойчив, но при нагревании легко разлагается, снова превращаясь в кислород. Распад озона является также экзотермической реакцией, сопровождающейся выделением тепла, из каждых двух молекул озона получаются три молекулы кислорода: 2 О₃ = З О₂ + 68 ккал.

В связи с этим становится не удивительным процесс нагревания воды при электролизе, кавитации и резонансе, а также при их синергетическом взаимодействии в молекулярном АТП «ТермаРОН». В этом процессе электричество выполняет лишь функцию катализатора и ретранслятора процессов, реализуемых внутри котла. Под воздействием электрического тока возникает локальный гидролиз воды с образованием радикалов (-Н, -ОН, -НО_з) и молекулярных ионов (Н_зО, -Н_зО). Параллельно в результате кавитации образуются, развиваются и затем схлопываются в воде миллионы микропузырьков размером 1–3 мкм (кавитонов), заполненных паром или газом и имеющих значительную поверхностно активную площадь. Вода в АТП «ТермаРОН» при этом меняет цвет и из прозрачной превращается в белую или темно-бурую в зависимости от состава содержащихся в растворе солей. В результате синергетического эффекта радикалы и молекулярные ионы, имеющие высокую химическую активность, также проникают в кавитоны и вызывают превращение молекул воды в перекись водорода, озон и другие соединения. При схлопывании кавитонов происходит экзотермический распад перекиси водорода 2 Н₂О₂ = 2 Н₂О + О₂ + 23 ккал и озона 2 О₃ = З О₂ + 68 ккал с выделением дополнительной тепловой энергии. В результате в молекулярном АТП «ТермаРОН» постепенно повышается температура воды до заданных автоматикой значений, равных 60–70 градусам. Этого достаточно для отопления и горячего водоснабжения зданий через теплообменники. Следует отметить, что синергетический эффект продолжает действовать и после отключения молекулярного реактора от электрической сети, в результате чего температура воды еще некоторое время продолжает увеличиваться.

В целом синергетический эффект обеспечивает доказанный на практике коэффициент использования электрической энергии (генерации тепловой энергии) в разных природно-климатических условиях на различных проектах в диапазоне от 2,3 до 4,6 единицы, что в среднем составляет 3,45. При этом коэффициент полезного действия по преобразованию электрической энергии в тепловую составляет 0,98. Все физико-химические процессы в АТП «ТермаРОН» протекают при давлении не более чем одна атмосфера.

В настоящее время совместно с ГБУВО МО «Университетом Дубна» ведется детальное исследование вышеописанных процессов в рамках лаборатории инновационных технологий в области автономной теплоэнергетики и ресурсосберегающих технологий. В состав этой лаборатории входит и не имеющий аналогов в мире Тепловой пункт «ТермаРОН». За создание этой лаборатории и раскрытие принципов получения дополнительной энергии от гидролиза и кавитации воды ГБУВО МО «Университет Дубна» и ООО «ЭкоМИРТ» в декабре 2019 года награждены почетными дипломами Международной премии «Малая энергетика — большие достижения». В связи с вышеизложенным приглашаем к сотрудничеству заинтересованных специалистов в АТП «ТермаРОН» для различных объектов жилой, социальной, общественной, коммерческой и других сфер деятельности, а также к проведению совместных испытаний АТП «ТермаРОН» в различных условиях его применения.

В завершение обсуждения актуальных вопросов энергосбережения и энергоэффективности с точки зрения восприятия для населения считаем, что описанная система АТП «ТермаРОН» является альтернативной комплексной системой автономного отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования, которая действительно будет поддержана населением, поскольку на стадии эксплуатации уже сейчас наблюдается двух- трехкратное снижение платежей за тепло и ГВС, а также полностью исключены аварийные ситуации на изношенных тепловых сетях.

Скачать PDF версию статьи «Энергоэффективность в 2020 году. Новые нормативные акты и новые высокоэффективные технологии»