ЕФЕКТИВНІ СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ ТА КОНДИЦІЮВАННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ
http://energyua.ning.com/group/energy_active_buildings?xg_source=activity
В.В.Страшко
НДІ енергетики Дніпропетровського національного університету, Дніпропетровськ
Питання теплозабезпечення та кондиціювання об’єктів промисловості та ЖКГ займають одні з ключових моментів в зменшенні енергопотреб, як для власників цих об’єктів, так і для всієї енергосистеми України в цілому. До недавнього часу домінуючим рішенням був розвиток інфраструктури центрального теплопостачання та окремих кондиціонерів. Зношеність теплопроводів і великі тепловтрати визвали появу дахових котелень і індивідуальних двоконтурних котлів. Разом з тим ціна російського газу для Європи зросла до $500 за тисячу кубометрів, а зростання ціни до $410-420 за тисячу кубометрів для України, приведе до троєкратного підвищення тарифів на гарячу воду і опалення для населення країни. Ріст світових цін на газ та почастішавші випадки трагічних аварій пов’язаних з витоками газу, зумовили необхідність пошуку нових, менш загрозливих та більш ефективних систем теплопостачання та кондиціювання об’єктів. Одночасно це викликає потребу в використанні відновлювальних джерел енергії, таких як енергія сонячного випромінювання, енергія вітру, тепло гранта та ґрунтових вод, повітря, відкритих водойм. Альтернативою газу є використання електроенергії і «чілер – фанкойлових» систем опалення/охолодження, як централізованих для об’єкту, так і поагрегатних для окремих приміщень. Так як «чілер – фанкойл» представляє собою теплову помпу (ТП), використовуючий в якості низькотемпературного джерела тепла навколишнє повітря, то йому притаманен один суттєвий недолік. Тепловий коефіцієнт перетворення такої ТП (відношення потужності виробляємого тепла до електричної потужності компресора) зменшується із зменшенням температури повітря (до -20 град.С), тобто із збільшенням потреб в теплопостачанні, з 3-5 до 1-3. Разом з тим, холодильний коефіцієнт з підвищенням температури навколишнього повітря (до +30 град.С) також зменшується з 3-4 до 1-2. Відповідно, виникає потреба в використанні або більш потужних агрегатів, або додаткового (пікового) джерела тепла. Така особливість роботи «чілер – фанкойлових» систем, при їх загальній привабливості, знижує ефективність їх експлуатації та підвищує навантаження на електромережі при найбільш несприятливих погодних умовах. Найбільш ефективною енергозберігаючою системою теплопостачання і кондиціювання на цей час є геотермальна ТП. Джерелом тепла для них є тепло ґрунту, що видобувається за допомогою системи вертикальних і/або горизонтальних трубних пластикових теплообмінників. Зважаючи на те, що температура ґрунту на глибинах глибше за 10м практично постійна і дорівнює +(10-20) град.С, то геотермальна ТП працює з високим тепловим (3-5) і холодильним (3-4) коефіцієнтами протягом всього року. ТП вибухо-та пожежобезпечні, екологічні в експлуатації і легко програмуються у відповідності до алгоритму експлуатації. Ця схема використовується в наших умовах і добре себе зарекомендувала на діючих об’єктах. Впровадження геотермальних ТП у світі постійно зростає:
· В США щорічно виготовляється біля 1 млн. геотермальних ТП.
· 70% тепла в Швеції забезпечується ТП. В Стокгольмі – 12% опалення забезпечується ТП загальною потужністю 320МВт.
· За прогнозами Світового Енергетичного Комітету до 2020 року доля геотермальних ТП в теплопостачанні складе 75%.
· Об’єм продаж ТП за кордоном перевищує об’єм продаж озброєння у 3 рази.
Виробництво ТП в Україні знаходиться на рівні констатації факту виробництва і, майже все розташовано у Мелітополі і Сімферополі. Ціни на вітчизняні ТП з імпортних головних елементів нижчі за вартість ТП закордонного виробництва, що складає $900-2000 за 1кВт електричної потужності компресора ТП. Ціни на ТП і системи «чілер-фанкойл» однакової потужності близькі одна до одної.
Експлуатаційні витрати на опалення, кондиціювання і гаряче водопостачання будинку в Україні, в якому встановлена ТП (для цін на газ та електроенергію 2008 року), в 2 рази нижчі від аналогічного будинку, в якому встановлено газовий котел та кондиціонер. Разом з тим, ефективність системи з геотермальною ТП можна значно підвищити, що актуально для України, якщо впроваджувати в нових та реконструюємих об’єктах вітчизняну концепцію енергоактивного будинку. Всі джерела тепла для ТП так чи іначе мають за першооснову сонячну енергію, але її можна використовувати і напряму за допомогою геліоколекторів. За умов півночі України на поверхню жилого будинку типу котедж, відповідаючого сучасним вимогам теплоізоляції, в теплий період року потрапляє енергії сонячного випромінювання в 10 разів більше, чим його потреби в опаленні і гарячому водопостачання за рік. Концепція енергоактивного будинку включає в себе утилізацію цього сонячного випромінювання, його акумуляцію та подальше використання для потреб опалення і гарячого водопостачання.
Основними елементами системи є енергоактивні огороджувальні конструкції об’єкту, геотермальна теплова помпа і ґрунтовий сезонний акумулятор тепла. До системи також входять бойлери, теплообмінники, циркуляційні помпи, фанкойли та інші елементи. Для сезонної акумуляції тепла використовується ґрунтовий сезонний акумулятор тепла, що складається з системи вертикальних (і, можливо, горизонтальних) пластикових трубних теплообмінників та масив навколишнього ґрунту.
Для нових об’єктів можливе розташування акумулятора під об’єктом. При реконструкції існуючих об’єктів можливе розташування вертикальних теплообмінників по периметру. При спорудженні крупногабаритних об’єктів типу багатоповерхових житлових та цивільних будинків, торгових центрів і т.п. в якості вертикальних теплообмінників можуть бути використані полі палі. Можливі й інші конструкції.
Система вертикальних теплообмінників та замурованих у залізобетонну плиту петель горизонтального теплообмінника, с.Обухівка (пригород Дніпропетровська)
Утилізація сонячного випромінювання здійснюється за допомогою енергоактивних огороджувальних конструкцій об’єкта – енергоактивний дах і енергоактивні фасади.
Основою такої конструкції є геліопрофіль – формоутворюючий будівельний та теплогенеруючий екструдований алюмінієвий профіль, який монтується на каркас об’єкту і замінює цегельну кладку, сайдинг, монолітний залізобетон і т.п. Разом з будівельними плівками і теплоізоляцією (або заливною теплоізоляцією), вапнокартоном, зовнішньою прозорою теплоізоляцією, геліопрофіль утворює огороджувальну конструкцію об’єкту. Таким чином, енергоактивний дах і енергоактивні фасади виконують роль геліоколектора. На відміну від геліоколектора геліопрофіль має більші експлуатаційні можливості, наприклад, два контура теплоносія – повітряного та рідкого, а також можливість надання теплоакумулюючих властивостей.
Геотермальна ТП в такій системі працює при температурі низько потенціального джерела (грунта сезонного теплового акумулятора) +(5-60) град.С. Тепловий коефіцієнт ТП у цьому випадку може складати 3-10. Аналогічно збільшується і холодильний коефіцієнт, у випадку скиду тепла в низькотемпературну зону сезонного акумулятора. Відповідно збільшується в 1,5-2 рази ефективність річної експлуатації ТП в складі системи теплозабезпечення та кондиціювання об’єкту.
Монтаж геліопрофілю, м.Львів
Експлуатаційні витрати можуть бути зменшені при організації роботи системи з використанням «нічного» тарифу. Таким чином, експлуатаційні витрати об’єкту спроектованого по концепції енергоактивного будинку можуть бути в 3-10 разів менші, за аналогічного, але оснащеного газовим котлом і кондиціонером. Геліопрофіль запатентовано в Україні і Росії, опублікована міжнародна заявка на винахід. Він визнаний кращим винаходом України 2005 року в галузі енергетики. Виробництво геліопрофілю розміщено на ПО «Алюмаш». Об’єм виробництва – до 350 тис.м2 в рік. Відпускна ціна геліопрофілю 110€/м2 при ціні геліоколекторів 200-400€/м2. Параметри системи теплопостачання та кондиціювання та її елементів оптимізуються для кожного об’єкту з допомогою розробленого (і розробляємого) програмно-методичного забезпечення, що враховує кліматичні умови мізцерозташування, конструкції і експлуатаційних характеристик об’єкту. Енергоактивна ділянка даху було змонтовано при реконструкції будинку видавництва «Екоінформ» у Львові. Трьохповерховий будинок рядної забудови австрійського періоду було реконструйовано в п’ятиповерховий. Зараз споруджуються два енергоактивних будинка – у Дніпропетровську та селищі Обухівка (пригород Дніпропетровська).
Ділянка енергоактивного даху видавництва «Екоінформ», м.Львів
Впровадження концепції енергоактивного будинку в Україні при будівництві і реконструкції об’єктів різного призначення дозволить відмовитись від використання для потреб теплохолодозабезпечення природного газу, значно знизити експлуатаційні витрати, збільшити експлуатаційну безпеку і суттєво зменшити навантаження на мережі електропостачання.
Доповідь на ІІІ Міжнародній науково-практичній конференції «Сучасні технології мінімізації енергоспоживання. Екологічні та економічні аспекти пасивного будівництва. Відновлювальні джерела енергії» (з доповіддю), Львів, 19-20 лютого 2009р.
