В статье анализируется эффективность применения нетрадиционных возобновляемых источников энергии на примере храма в с. Упорово, Тюменского района. Применение нетрадиционных источников энергии решит проблему потребностей человечества в энергии. В статье представлено сравнение потребления электрической энергии для геотермальных тепловых насосов и электрических котлов.
Ключевые слова: тепловой насос, DHP-S, возобновляемый источник энергии, экономическая эффективность применения, Тюменская область, тепловая энергия.
В настоящее время перед Россией, как и перед всем миром, остро стоят две взаимосвязанные проблемы: экономия топливно-энергетических ресурсов и уменьшение загрязнения окружающей среды.
Одним из самых эффективных путей экономии топливно-энергетических ресурсов является использование экологически чистых нетрадиционных возобновляемых источников энергии, и в первую очередь, солнечной энергии, аккумулированной в грунте, водоемах, воздухе. Однако периодичность действия и низкий температурный потенциал этих источников не позволяют использовать их энергию для отопления зданий непосредственно, без преобразования. В качестве преобразователей тепловой энергии от энергоносителя с низкой температурой к энергоносителю с более высокой температурой используются тепловые насосы. Тепловой насос представляет собой обращённую холодильную машину и позволяет вырабатывать тепловую энергию, используя низкопотенциальное тепло вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии [3].
Для того, чтобы продемонстрировать эффективность применения геотермальных тепловых насосов, возьмём Храм в с. Упорово, Тюменской области. Поскольку данный объект не имеет возможности к подключению к газораспределительным сетям, то целесообразней установить тепловые насосы. Коэффициент применения тепловых насосов в Тюменской области в среднем равен четырём. Выбор именно тепловых насосов грунтового типа, использующего скважины, обуславливается тем, что глубина промерзания почв и теплота самого слоя являются оптимальными для того, чтобы получать качественную, бесперебойную низкопотенциальную энергию геотермальных свойств земли, то есть подземных вод, которую в свою очередь можно перенаправить с помощью данной установки на регулирование микроклимата в здании.
Основное преимущество теплового насоса заключается в том, что КПД теплового насоса достаточно высок, а это означает, что есть возможность создания на базе теплового насоса устройства, которое работает в автономном (не требуя дополнительной энергии, кроме низкопотенциальной) режиме, производя при этом чистую энергию. С точки зрения энергосбережения, тепловые насосы, использующие вторичную тепловую энергию, позволяют существенно повысить энергоэффективность производства, тем самым снижая себестоимость получаемой продукции [4].
Теплоснабжение храма предусматривается с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии. В храме предусматривается установка двух тепловых насоса по типу грунт-вода для радиаторной и напольной систем отопления. Источником тепла является тепло грунта. В качестве теплоносителя для сетей источника тепла используется смесь этиленгликоля и воды 30:70 % соответственно.
В результате теплотехнического расчета общие тепловые потери здания составили 59,6 кВт, из которых: для системы радиаторного отопления необходимо — 17 кВт тепловой энергии, для системы напольного отопления необходимо — 32,6 кВт тепловой энергии.
Для отопления здания «Храм в с. Упорово» подобраны по расходу тепла два тепловых насоса DHP-S фирмы Danfoss (Дания): один тепловой насос типа DHP-S 22 Eco, единичной тепловой мощностью 22 кВт, второй -DHP-S 42 Eco, тепловой мощностью 42 кВт.
Принятые тепловые насосы комплектуются системой управления и автоматики, которая поддерживает заданный режим работы теплового насоса.
Чтобы выполнить технико-экономическое обоснование использования тепловых насосов, необходимо рассчитать эксплуатационные затраты на тепловые насосы и электрический котел. Для этого необходимо знать две характеристики:
– для тепловых насосов — средний коэффициент мощности тепловых насосов (СОР) принят 4.
– для электрического котла КПД, принят 90 %.
В первую очередь следует определить потери тепловой энергии данного объекта по месяцам за 1 час(Qср).
Qср= (Q / (tвн — tн.изм.)) • (tвн — t5), [кВт/ч];
где: Q – тепловые потери данного объекта;
tвн — температура внутреннего воздуха на объекте (принята 22 °С);
tн. изм. — средняя температура наружного воздуха по месяцам для данного климатического района, °С, [1];
t5 — температура воздуха наиболее холодной пятидневки (для с. Упорово, Упоровский район, Тюменская область -35°С, [1]);
Месячный расход электроэнергии для электрического котла определяется по формуле:
Qэл.к = Qср / η, [кВт/ч];
где: Qср — средние тепловые потери за 1 час работы котла;
η — коэффициент полезного действия (КПД) котла, в долях единицы.
Месячный расход электроэнергии для теплового насоса определяется по формуле:
Qт.с = Qср/СОР, [кВт/ч];
где: Qср — средние тепловые потери за 1 час работы теплового насоса (ТС);
СОР — коэффициент преобразования или тепловой коэффициент.
Тариф на электроэнергию в с. Упорово, дифференцированный по двум зонам суток:
– дневная зона (с 7 до 23 часов) 2.04 руб за 1 кВт/ч
– ночная зона (с 23 до 7 часов) 1.01 руб за 1 кВт/ч
Сравнительная эксплуатационная характеристика между ТС и электрическим котлом представлена в таблице 1.
Таблица 1
|
Месяц |
Средняя темпера-тура наружного воздуха, °С |
Теплопотери |
Тепловой насос |
Эл. котел, (КПД 90 %) |
|||
|
Q, кВт/час |
Q, кВт/мес |
Q, 1 кВт/мес |
Стои-мость, руб. |
Q, 1 кВт/мес |
Стои-мость, руб. |
||
|
Январь |
-16,1 |
40,8 |
30385,4 |
6905,8 |
11578,2 |
33761,5 |
45240,4 |
|
Февраль |
-14,1 |
38,7 |
26004,2 |
5910,0 |
9908,8 |
28893,5 |
38717,3 |
|
Март |
-5,7 |
29,7 |
22091,2 |
5020,7 |
8417,7 |
24545,8 |
32891,3 |
|
Апрель |
3,8 |
19,5 |
14046,6 |
3192,4 |
5352,4 |
15607,3 |
20913,8 |
|
Май |
11,1 |
11,7 |
1121,7 |
254,9 |
427,4 |
1246,3 |
1670,0 |
|
Сентябрь |
9,7 |
13,2 |
2215,0 |
503,4 |
844,0 |
2461,2 |
3297,9 |
|
Октябрь |
2,3 |
21,1 |
15711,1 |
3570,7 |
5986,6 |
17456,7 |
23392,0 |
|
Ноябрь |
-6,8 |
30,9 |
22227,5 |
5051,7 |
8469,7 |
24697,3 |
33094,3 |
|
Декабрь |
-13,3 |
37,8 |
28152,3 |
6398,3 |
10727,3 |
31280,3 |
41915,7 |
|
ИТОГО за год |
243,4 |
161954,9 |
36807,9 |
61712 |
1799950 |
241133 |
|
В результате сравнительного анализа получаем, что выгода от использования теплового насоса равна в год 179 420 рублей.
Проведенные исследования по эксплуатации тепловых насосов, использующих низкопотенциальную теплоту земли, показали, что в условиях Тюменской области системы на их основе позволяют снизить энергопотребление здания на 59,6 %. Таким образом, системы тепло- и холодоснабжения зданий, использующие низкопотенциальное тепло земли, представляют собой надежный источник энергии, который может быть использован повсеместно для объектов, которые не имеет возможности к подключению к газораспределительным сетям. Этот источник может использоваться в течение достаточно длительного времени и может быть возобновлен по окончании периода эксплуатации.
Литература:
- СП 131.13330.2018. Свод правил. Строительная климатология. Актуализированная редакция взамен СНиП 23–01–99*: утвержден приказом Минстроя России № 763/пр от 28 ноября 2018 г., введен в действие с 30 мая 2019 г.
- СП 391.1325800.2017 ХРАМЫ ПРАВОСЛАВНЫЕ. ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ: утвержден и введен в действие приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 22.12.2017
- Тепловые-насосы-эффективный-путь-энергосбережения: сайт. — URL: http://teplovoy-nasos.com/Информация/Тепловые-насосы-эффективный-путь-энергосбережения.html (дата обращения 04.12.2019). — Текст: электронный.
- Тепловые насосы источник энерго- и экоэффективности: сайт. — URL:ttps://www.academia.edu/32137895/Тепловые_насосы_источник_энерго_и_экоэффективности (дата обращения 04.12.2019). — Текст: электронный.
- Васильев Г. П. Руководство по применению тепловых насосов с использованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии / Васильев Г. П., Хрустачев Л. В. // ИЗВЕСТИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК. ЭНЕРГЕТИКА. — 2001. — Т.17, № 3. — С. 30–38.
- Васильев Г. П. Использование низкопотенциальной тепловой энергии земли в теплонасосных системах / Васильев Г. П., Шилкин Н. В. // АВОК: ВЕНТИЛЯЦИЯ, ОТОПЛЕНИЕ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ И СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА. — 2003. –№ 2. — С. 52–62.
