Статьи

Теплоаккумуляционная и теплонасосная система теплоснабжения на основе возобновляемых источников энергии

Весьма обоснованным в системе теплоснабжения зданий является использование солнечной энергии, энергетический потенциал которой в России в целом составляет 12,5 млн т у.т. в год. Наиболее перспективными являются регионы Сибири, Дальнего Востока и южные районы европейской части России.

Рисунок 1. Чертеж жилого дома (вертикальный разрез)

Предлагается следующая схема системы теплоснабжения дома. На крыше, а для многоэтажных зданий и на поэтажных козырьках, размещаются солнечные коллекторы (рис. 1). Избыточная теплота летней инсоляции аккумулируется в грунте под зданием. В отопительный сезон эта теплота извлекается и посредством тепловых насосов используется для теплоснабжения дома. Схема теплоснабжения приведена на рис. 2.

Рисунок 2. Схема теплоснабжения жилого дома

Показатель эффективности работы теплового насоса в общем случае представляет собой функцию среднего перепада температур в конденсаторе и испарителе

В случае работы теплового насоса с солнечным контуром, в состав которого входит бак-аккумулятор, формула расчета имеет вид

и - соответственно, средняя температура жидкости в контуре теплового потребителя и в баке- аккумуляторе теплоты гелиоколлектора.

В случае работы теплового насоса с почвенным контуром, когда используется "почвенный" испаритель, формула (2) приобретает вид

где - средняя температура рабочей жидкости контура почвенных теплообменников, что является источником теплоты для "почвенного" испарителя теплового насоса; - КПД эквивалентного цикла Карно; - разность температур в конденсаторе; - разность температур в испарителе; - средняя температура жидкости в контуре теплового потребителя.

Расчет системы теплоснабжения здания должен быть дополнен обоснованием выбора теплового насоса (компрессионного, абсорбционного), расчетом зарядки-разрядки аккумулятора теплоты, определения эффективности потребления теплоты в системе отопления и горячего водоснабжения.

Кроме того, следует принять во внимание рекомендованные в настоящее время эффективные мероприятия, направленные на энергосбережение в системе теплоснабжения зданий.

Установлено, что основное количество теплопотерь здания в среднем распределяется следующим образом: через наружные ограждающие конструкции - 45%; через окна - 35%; через крышу и перекрытие над подпольем - 20%. Поэтому особое значение приобретает повышение теплозащиты именно внешних стен. При этом следует ориентироваться на современные средства и методы теплоизоляции.

Немалую роль может сыграть при использовании у основного или резервного источника теплоты котлов конденсационного типа. Техника данного типа позволяет сэкономить 20-30%газа, а так же уменьшить объем отходящих вредных газов до 70% в сравнении с обычными тепловыми источниками.

Возможен и другой перспективный вариант теплоснабжения зданий - это интегрированная система, включающая возобновляемые источники энергии, когенерационную установку на базе теплового двигателя и, в той или иной степени, традиционные источники энергии. Преимущество такого схемного решения заключается, во-первых, в существенной энергосберегающей эффективности, а во-вторых, в обеспечении потребителя как тепловой, так и электрической энергией. В отдельных случаях может оказаться рентабельным в экономическом отношении использование электрических аккумуляционных обогревателей динамическим разряжением (к примеру, типа DOA), которые заряжаются в ночное время, при более низком тарифе на электроэнергию, а разряжается в дневное время.

Анализ энергосберегающих проектов в Северной Америке и странах Западной Европы позволяет сделать вывод, что если в случае традиционного здания в целом уровень энергопотребления находится в диапазоне от 740 до. 850 МДж/(м2*год), то для энергоэффективного здания - в диапазоне от 460 до 530 МДж/(м2*год). Это означает снижение энергопотребления примерно на 40% по сравнению с традиционным зданием.

Изложенное выше указывает на возможные варианты схемных решений для эффективного энергосбережения при теплоснабжении зданий. Поэтому есть необходимость в решении оптимизационной задачи для определения наиболее целесообразного в энергетическом и экономическом отношениях варианта. В данном случае рекомендуется обратиться к эксерго-экономической концепции оптимизации.


Р.А. Амерханов, К.А. Гарькавый
Кубанский государственный аграрный универ-
ситет 350044 Краснодар, ул. Калинина, д. 13