Сравнительная эксплуатационная характеристика между геотермальным тепловым насосом и электрическим котлом | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 11 июля, печатный экземпляр отправим 15 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано в Молодой учёный №50 (288) декабрь 2019 г.

Дата публикации: 16.12.2019

Статья просмотрена: 40 раз

Библиографическое описание:

Савинков, Р. А. Сравнительная эксплуатационная характеристика между геотермальным тепловым насосом и электрическим котлом / Р. А. Савинков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 50 (288). — С. 143-145. — URL: https://moluch.ru/archive/288/65340/ (дата обращения: 02.07.2020).



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:

  1. 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.
  2. 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
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
Основные термины (генерируются автоматически): тепловой насос, DHP-S, тепловая энергия, возобновляемый источник энергии, кВт, Тюменская область, насос, электрический котел, месячный расход электроэнергии, упорово.


Похожие статьи

Воздушный тепловой насос как эффективный источник тепла...

Ключевые слова: воздушный тепловой насос, возобновляемые источники энергии, эффективные источники тепла, отопление и горячее водоснабжение жилого дома. Рост стоимости энергоносителей, а особенно для коммерческих, промышленных и других...

Применение теплового насоса в Ленинградской области

Эффективность применения тепловых насосов напрямую связано с температурным режимом региона: чем среднегодовая температура воздуха в

Тепловой насос − агрегат, при помощи которой осуществляется перенос энергии в форме теплоты от тела с более низкой к телу с...

Анализ энергоэффективности тепловых насосов в системах...

Ключевые слова: энергоэффективность, тепловой насос, источник низкопотенциальной тепловой энергии. Энергосбережение считается сегодня одним из наиболее актуальных направлений развития России в связи с вступлением в силу Федерального закона № 261 от 23...

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии (электрических, газовых и дизельных) заключается в том, что при

3. Проект «Программы эффективного и рационального использования возобновляемых источников энергии» — Поручение...

Показатели экономичности и эффективности комбинированного...

Рассмотрены показатели экономичности и эффективности использования комбинированного производства тепловой и электрической энергии различными энергетическими установками. Получены зависимости для расчета результатов финансовой деятельности предприятия.

Определение эксплуатационных параметров теплового насоса

Тепловой насос − агрегат, при помощи которой осуществляется перенос энергии в форме теплоты от тела с более низкой к телу с более высокой температурой. Независимо от типа теплового насоса и типа привода компрессора на единицу затраченного исходного топлива...

Технико-экономическое сравнение электроприводов сетевых...

Сетевые насосы (СН) теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) обеспечивают перекачку теплоносителя от сетевых подогревателей до тепловых пунктов потребителей.

− Экономия электроэнергии за счет изменения числа оборотов электродвигателя. Проведем расчет технико-экономических...

Обоснование энерго- и ресурсосберегающих решений для...

Основные термины (генерируются автоматически): тепловой насос, электрический котел, система, система отопления, система

ГДж тепловой и 66 тыс. кВт×ч электрической энергии. Котлы оснащены горелочными устройствами для работы на природном газе низкого давления...

Анализ цепочки создания стоимости естественных монополий...

Доля затрат электроэнергии на производство тепловой энергии имеет «волновой» характер

Основным производителем электрической и тепловой энергии для Московского региона

Ключевые слова: электроэнергия, электрическая сеть, источники энергии, нагрузки сети...

Похожие статьи

Воздушный тепловой насос как эффективный источник тепла...

Ключевые слова: воздушный тепловой насос, возобновляемые источники энергии, эффективные источники тепла, отопление и горячее водоснабжение жилого дома. Рост стоимости энергоносителей, а особенно для коммерческих, промышленных и других...

Применение теплового насоса в Ленинградской области

Эффективность применения тепловых насосов напрямую связано с температурным режимом региона: чем среднегодовая температура воздуха в

Тепловой насос − агрегат, при помощи которой осуществляется перенос энергии в форме теплоты от тела с более низкой к телу с...

Анализ энергоэффективности тепловых насосов в системах...

Ключевые слова: энергоэффективность, тепловой насос, источник низкопотенциальной тепловой энергии. Энергосбережение считается сегодня одним из наиболее актуальных направлений развития России в связи с вступлением в силу Федерального закона № 261 от 23...

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии (электрических, газовых и дизельных) заключается в том, что при

3. Проект «Программы эффективного и рационального использования возобновляемых источников энергии» — Поручение...

Показатели экономичности и эффективности комбинированного...

Рассмотрены показатели экономичности и эффективности использования комбинированного производства тепловой и электрической энергии различными энергетическими установками. Получены зависимости для расчета результатов финансовой деятельности предприятия.

Определение эксплуатационных параметров теплового насоса

Тепловой насос − агрегат, при помощи которой осуществляется перенос энергии в форме теплоты от тела с более низкой к телу с более высокой температурой. Независимо от типа теплового насоса и типа привода компрессора на единицу затраченного исходного топлива...

Технико-экономическое сравнение электроприводов сетевых...

Сетевые насосы (СН) теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) обеспечивают перекачку теплоносителя от сетевых подогревателей до тепловых пунктов потребителей.

− Экономия электроэнергии за счет изменения числа оборотов электродвигателя. Проведем расчет технико-экономических...

Обоснование энерго- и ресурсосберегающих решений для...

Основные термины (генерируются автоматически): тепловой насос, электрический котел, система, система отопления, система

ГДж тепловой и 66 тыс. кВт×ч электрической энергии. Котлы оснащены горелочными устройствами для работы на природном газе низкого давления...

Анализ цепочки создания стоимости естественных монополий...

Доля затрат электроэнергии на производство тепловой энергии имеет «волновой» характер

Основным производителем электрической и тепловой энергии для Московского региона

Ключевые слова: электроэнергия, электрическая сеть, источники энергии, нагрузки сети...

Задать вопрос