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.

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.

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.