В настоящее время одной из основных задач теплоснабжения является сокращение зависимости от ископаемых источников топлива (нефть, газ и т.п.). Это способствовало появлению ряда законодательных инициатив во всех странах мира с целью продвижения источников возобновляемой энергии.
Одним из таких источников в Оренбурге является геотермальная энергия, которая может использоваться не только в системах отопления и горячего водоснабжения, но также в системах охлаждения, что позволяет в значительной мере снизить эксплуатационные затраты.
Однако наряду с достоинствами имеется ряд недостатков. Главным недостатком является высокая начальная цена системы и ее монтаж. Вместе с тем использование теплового насоса можно эксплуатировать более эффективно, что позволит снизить уровень потребления энергии и, следовательно, эксплуатационные затраты.
Связка с панельно-лучистыми системами отопления является отличным комплексным решением, т.к. позволяют снизить рабочую температуру для отопления и использовать более высокую температуру для охлаждения.
Система теплового насоса представляет собой энергетическую систему, в состав которой входит источник теплоты, тепловой насос и система потребления теплоты. Источниками теплоты для теплового насоса могут служить любые низкотемпературные источники.
В геотермальной системе отопления используется именно потенциальной энергии грунта, которая зависит от ряда их физико-механических свойств грунта.
Несмотря на то что в Оренбурге в зимнее время температура воздуха опускается ниже 35ºС, а в летние время в среднем поднимается до 35ºС, температура почвы на глубине 15 метров имеет практически постоянную температуру 10ºС.
Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную установку со средней величиной (получаемой тепловой энергии) КПД самой установки 88%, а КПД тепловой эффективности (COP) 3,46. Обеспечение цикличной работы в тепловом насосе происходит с помощью четырех компонентов: испарителя, компрессора, конденсатора и расширительного клапана. Носителем термальной энергии является хладагент с точкой кипения не ниже +8 ºС. В испарителе хладагент поглощает тепло из окружающей среды и поэтому переходит в газообразное состояние. В компрессоре газообразный хладагент сжимается и доводится до более высокой температуры, для этого машине необходима электрическая энергия. В конденсаторе тепловая энергия передается в отопительный контур. В расширительном клапане хладагент расширяется для повторения цикла.
Тип теплового насоса зависит от тог, какая среда поглощает теплоту и какая среда распространяет теплоту в доме, поэтому принята низкотемпературная система отопления и охлаждения.
Низкотемпературные системы отопления и охлаждения, которые особенно подходят для работы с тепловыми насосами. В их состав входят:
- Системы напольного отопления и охлаждения;
- Системы настенного отопления и охлаждения;
- Системы потолочного отопления и охлаждения;
В таких системах поверхностного отопления энергия передается по большей части с помощью излучения, а не с помощью конвекции конвекции. Это позволяет избежать сквозняков и распространения пыли. Эти системы не занимают много места в помещении и предполагают относительную свободу в плане дизайна.
С целью экономического обоснования эффективности работы геотермального отопления и сравнения ее с другими известными системами, был произведен расчет и сравнительный анализ.
Район строительства г.Оренбург, рассматриваемое время – отопительный период, принятый для города 215 сут. Жилая площадь помещения =100м2. Была выбрана горизонтальная геотермальная система [4].
Согласно произведенного расчета с учетом тепловой нагрузки на отопление, хладоснабжение, горячее водоснабжение и вентиляцию нагрузка на тепловой насос составляет 5,1 кВт. Расчет произведем согласно [5].
Далее были подобраны примерно одинаковые по своим характеристикам разные типы отопительных систем (геотермальные, газовые, электрические).
В качестве геотермального теплового насоса был принят комплект оборудования наиболее распространенной марки NIBE F1145 по [2]. Для получения необходимой величины теплоснабжение с использованием в качестве топлива природного газа принят котел BOSCH WBN 6000(12C-RN 55700), а также электрический комплекс для получения тепловой энергии РУСНИТ Кантри 206K.
На основании проведенных расчет по необходимым затратам на оборудование с учетом монтажа системы теплоснабжения на начальный период эксплуатации оборудования по вышеназванным установкам приведен на рисунке 1.
Анализ технико-экономических расчетов показывает, что полная окупаемости предлагаемой системы наступает только через 10 лет. Вместе с тем, при дальнейшей эксплуатации расход газа полностью отсутствует, а расход электроэнергии на порядок ниже чем в системах электроснабжения.
Срок эксплуатации предлагаемого оборудования составляет от 50-150 лет в зависимости от используемых материалов и качества монтажа [3]. Следовательно, после 10 лет эксплуатации, затраты на теплоснабжение предлагаемой системы становятся незначительными, по сравнению с газовыми и электрическими системами.
Рис. 1 – График финансовых затрат
Литература:
- МДК-4-05.2004. Методика определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения; Введ. 12.08.2003. – Москва, 2003 – 53 с.
- ВСН 56-87. Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений. Нормы проектирования; Введ. 07.01.1988. – Москва, 1987 – 76 с.
- UPONOR Системы внутреннего климата. Геотермальные системы / разработчик и изготовитель UPONOR. – Москва, 2014. – 68 с.
- СП 131.13330.2012. Строительная климатология (актуализированная редакция СНиП 23-01-99*). – Взамен СНиП 23-01-99*; Введ. 01.01.2013. – Москва, 2012 – 108 с.
- СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха (актуализированная редакция СНиП 41-01-2003). – Взамен СНиП 41-01-2003; Введ. 01.01.2013. – Москва, 2012 – 67 с.
- СП 30.13330.2012. Внутренний водопровод и канализация зданий
- (актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*). – Взамен СНиП 2.04.01-85*; Введ. 01.01.2013. – Москва, 2012 – 61 с.
