Гибридные ВИЭ ДГ+ВЭУ дом 200 кв.м

Для использования тепла грунтовых вод используют вертикальные коллекторы – это система длинных труб, опускаемых в глубокие скважины (50-150 метров). Нужен всего пятачок земли, зато требуются дорогостоящие бурильные работы. На глубине всегда одинаковая температура – около 10ºС, поэтому данный вид коллектора более эффективен.
Грунт имеет свойство сохранять солнечное тепло в течение длительного времени, что ведёт к относительно равномерному уровню температуры источника на протяжении всего года. Это обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с высоким коэффициентом мощности. Тепло окружающей среды передаётся со смесью из воды и антифриза (спирта). Забор тепла из грунта осуществляется с помощью проложенной в грунте системы пластиковых труб на глубине 1-1,2 м. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами около 1 метра.
Преимущества использования отопительных систем на базе тепловых насосов:
высокая эффективность преобразования электроэнергии по сравнению с электронагревательными приборами;
экологически чистая технология;
отсутствие выбросов в атмосферу вредных веществ и углекислоты;
используется озонобезопасный вид фреона;
надежная автоматическая работа установки, не требующая постоянного присутствия человека;
минимальные эксплуатационные расходы по сравнению с другими отопительными системами;
длительный срок службы без капитального ремонта;
малые габариты и вес;
в качестве источника низкопотенциальной теплоты могут использоваться грунт, вода, окружающий воздух.
Применение теплового насоса целесообразно:
в качестве системы автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, для теплоснабжения и горячего водоснабжения индивидуального жилья;
для горячего водоснабжения (либо как побочный эффект отопительной функции, либо как основная функция);
для охлаждения помещений любого рода: для охлаждения и кондиционирования загородных домов, для охлаждения кладовок, хранилищ, погребов, охлаждения производственных помещений и технологического оборудования предприятий;
для вентиляции коттеджа, деревенского дома, загородного дома, для вентиляции промышленных помещений. Речь идет о так называемой контролируемой вентиляции: тепловой насос регенерирует тепло отточного воздуха и нагревает свежий воздух;
для удаления из помещений излишней влажности. Данная функция может быть полезна в области хранения продуктов питания, для хранения зерна, фруктов, овощей, для хранения древесины – везде, где необходимо сохранение определенного уровня влажности.
Основным достоинством теплового насоса является его высокая эффективность по сравнению со всеми видами котельных. Учитывая КПД выработки электроэнергии на ТЭЦ, очевидно, что применение теплового насоса в 1,2 - 2,5 раза выгоднее самых эффективных (газовых) котельных. Тепловой насос является исключительно энергоэффективной установкой: внедрение тепловых насосов позволит экономить до 268 кг угля, 84 кг мазута, 58 м3 газа на каждую произведенную Гкал тепла.
Теоретическая основа теплового насоса – это термодинамические циклы – круговые процессы в термодинамике, т.е. такие процессы, в которых начальные и конечные параметры, определяющие состояние рабочего тела (давление, объём, температура, энтропия) совпадают. Термодинамические циклы используются в тепловых машинах для превращения тепловой энергии в механическую работу, а также для охлаждения/нагрева при использовании обратного цикла. Тепловая машина состоит из рабочего тела, которое и проходит цикл нагревателя и холодильника (с помощью которых меняется состояние рабочего тела).

Рис. 2 – Схема контуров теплового насоса
Тепловой насос состоит из трёх контуров: так называемого земляного (реально это может быть воздушный, водный или грунтовый контур), внутреннего и отопительного. В земляном контуре происходит отбор тепла (в разных моделях тепловых насосов температура земляного контура от -13 до +5ºС), которое внутренний контур «перекачивает», превращая его на подаче в отопительном контуре в температуру 55-65 ºС с помощью рабочего тела (хладагента).

Рис. 3 – Схема теплового насоса
1 – конденсатор; 2 – дроссельный вентиль;
3 – испаритель; 4 – компрессор.
Кроме того, во внутреннем контуре имеется:
терморегулятор, являющийся управляющим устройством;
хладагент, циркулирующий в системе (газ с определенными физическими характеристиками).
Хладагент под давлением через дроссельный вентиль поступает в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, а испаритель, в свою очередь, отбирает тепло у земляного контура, за счёт чего происходит его постоянное охлаждение. Компрессор засасывает из испарителя хладагент, сжимает его, за счёт чего температура хладагента повышается и выталкивает в конденсатор. Кроме того, в конденсаторе нагретый в результате сжатия хладагент отдаёт полученное тепло (температура порядка 85-125 ºС) в отопительный контур и окончательно переходит в жидкое состояние. Процесс повторяется вновь. При достижении необходимой температуры терморегулятор размыкает электрическую цепь, и компрессор останавливается. При понижении температуры в отопительном контуре терморегулятор вновь включает компрессор. Хладагент в тепловых насосах совершает обратный цикл Карно.
6. Подбор оборудования систем

Котельная создается на основе атмосферного напольного котла PROTHERM 40 PLO - 1шт., мощностью 35 кВт (производство Чехия) c автоматикой зима-лето.
Для обеспечения нужд горячего водоснабжения планируется установка бойлера REFLEX ST 200 (200 литров) с термостатом управления.
Обвязка оборудования топочной производится стальными трубами. Прокладка труб производится в теплоизоляции Энергофлекс, толщиной 9 мм.
Выбираем тепловой насос FDCW140VNX/ Mitsubishi мощностью 16,5 кВт, что составит примерно 50% от мощности системы отопления.
Для грунтового теплообменника в качестве промежуточного теплоносителя используем 20% водный раствор этиленгликоля. Температура замерзания такого раствора -10оС. Этого достаточно для предотвращения ледяных пробок в грунтовом теплообменнике.
Плюсом будет служит то, что летом тепловой насос может работать в режиме кондиционирования и охлаждающих системах.

7. Определение капиталовложений в систему

Таблица 5
Капитальные затраты на оборудование и материалы
№ п/п Наименование затрат Цена единицы, руб. Количество Стои-мость Отопление 1 Узел котельный 380 000 1 380 000 2 Радиаторы RADIK KLASIK 22 боковое подключение: 300 х 600 3069 3 9207 300 х 700 3352 1 3352 300 х 800 3646 9 32814 300 х 900 3888 4 15552 300 х 1000 4175 3 12525 300 х 1100 4424 5 22120 300 х 1200 4707 5 23535 300 х 1400 5240 5 26200 600 х 1100 5437 1 5437 3 Трубы RAUTITAN (средняя цена за 1 м) 215 620 133300 4 Фитинги (ориентировочно)   тройники 228 64 14592 угольники 186 110 20460 5 Клапаны воздушные 45 36 1620 6 Кран шаровый 878 32 28096 7 Переходник 21 35 735 8 Заглушка 22 35 770 9 FDCW140VNX/ Mitsubishi 310 000 1 310 000 10 Монтаж 360 000 1 360 000 Итого по отоплению 1 400 315
Общие капитальные затраты 1 400 315 руб.

8. Определение технико-экономических показателей применения комбинированных систем теплоснабжения

Количество тепловой энергии, потребляемое за год на отопление здания:

Количество газа, сжигаемого на отопление дома:

Тариф на природный газ для Саратова:
Тг = 4,42 руб/м3.
Издержки на отопление здания:
Сгаз = Вгод · Тг= 7500·4,42 = 33,2 тыс. руб.
Затраты на заработную плату.
Принимаем одного сотрудника для обслуживания всех инженерных систем, который будет работать неполный рабочий день. В его функции будет входить ревизия систем, поддержание систем в рабочем состоянии, мелкий текущий ремонт и диагностирование неполадок с последующим вызовом ремонтной бригады.
Годовые издержки на заработную плату такого сотрудника:
Сз.п. = 25 тыс. руб.
Затраты на текущий ремонт (Ст.р.) принимаем в размере 2% от сметной стоимости капитальных затрат.
Ст.р. = 1090315 × 0,02 ≈ 21,8 тыс. руб.
Амортизационные отчисления (Сам.) рассчитываются в соответствии с «Нормами амортизационных отчислений по основным фондам народного хозяйства РСФСР», 7 % от капитальных вложений.
Сам. = 1090315 × 0,07 = 76,3 тыс. руб.
Тариф на электроэнергию (одноставочный): плата за потребляемую энергию – 1 кВт – 2,81 руб.
Оплата за потребляемую энергию определяется по формуле:
Сэл. = ЦА × W, руб.
где: ЦА – плата за 1 кВт/час потребляемой активной электроэнергии, руб.;
W – годовой расход активной электроэнергии, кВт·час.
W = 2350 кВт·час/год.
Сэл. = 2,81 × 2350 = 6,6 тыс. руб.
Прочие расходы (Спр.) принимаются в размере 5% от суммы амортизационных отчислений и заработной платы обслуживающего персонала.
Спр. = 0,05 × (Сам. + Сз.п.), руб.,
Спр. = 0,05 × (76,3 + 25) = 5 тыс. руб.
Годовые эксплуатационные затраты определяются по формуле:
Сг = Сгаз + Сз.п. + Сэл. + Сам. + Ст.р. + Спр. =
= 33,2 + 25 + 6,6 + 76,3 + 21,8 + 5 = 167,9 тыс. руб./год.
Количество тепловой энергии, производимое за год тепловым насосом:

Экономия денежных средств от неиспользования газа:
Эгаз = QгодТН · Тг= (140/33,3/0,92)·4,42 = 20,2 тыс. руб.
Заключение

В данном проекте рассматривалась возможность использования нетрадиционных источников энергии, а именно теплонасосная установка, используемая для отопления в холодное время года и для кондиционирования в теплое.
Как и у любого объекта у теплового насоса есть свои преимущества и недостатки, которые были описаны в этом проекте.
В ходе оценки экономической эффективности установки объекта было установлено, что экономия от установки теплового насоса составит чуть больше 20 тыс.руб. в год.
Таким образом, цель и задачи в ходе выполнения проекта были успешно решены и достигнуты. Предложены, разработаны и исследованы энергоэкономичные идеи для теплоснабжения жилого дома.

Библиографический список

СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*; введ. 2013-01-01 – М: Стандартинформ, 2013. – 113 с.
СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий. Актуализированная редакция СП 23-101-2000; введ. 2004-06-01 – М: ФГУП ЦПП, 2004. – 296 с.
ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. – Взамен ГОСТ 30494-2011; введ. 2013-01-01 – М: Стандартинформ, 2013. – 15 с.
СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003; введ. 2013-07-01 – М: Минрегион России, 2013. – 139 с.
СП 60.13330.2012 Отопление, вентиляция и кондиционирование. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003; введ. 2013-01-01 - М: Минрегион России, 2013. – 104 с.
Отопление вентиляция и кондиционирование воздуха. Жилые здания со встроено-пристроенными помещениями общественного назначения и стоянками автомобилей. Коттеджи: Справочное пособие. – М.: Пантори, 2003. – 308 с.
В.В. Кириллов. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Конспект лекций. – Челябинск: ЮУрГУ, 2003. – 129 с.
Е.Я. Соколов. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с.
С.Л. Ривкин А.А. Александров. Термодинамические свойств воды и водяного пара. Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 79 с.
Ш.И. Каганов. Охрана труда при производстве санитарно - технических работ. - М.: Стройиздат, 1980г. – 223 с.




2