83317 (589754), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Экономические расчеты системы энергоснабжения коттеджа показывают, что затраты на установку системы окупятся в среднем за три-четыре года и, в дальнейшем владелец недвижи-мости навсегда забудет о том, что за тепло и электроэнергию нужно платить.
Помимо экономической независимости человек обретает географическую свободу выбора места проживания, руководствуясь при этом красотой окружающего будущее жилье ландшафта, а не близостью энергетической "трубы".
Система автономного энергоснабжения от возобновляемых источников энергии "Автономный Дом" представляет собой полностью автономную систему энергоснабжения, которая позволяет вести строительство жилых и производственных помещений практически в любом месте, независимо от близости линий электропередач и наличия топлива.
Основные технические характеристики системы [30]:
- Количество производимой электроэнергии - 7500 кВт/час в месяц ( Излишки элект-роэнергии посредством теплового насоса переводятся в тепловую энергию. Для производства такого количества электроэнергии дизельным электрогенератором потребуется сжечь 30 тыс. литров топлива);
- Максимальная электрическая мощность - до 60 кВт;
- Средняя тепловая мощность - 30 кВт (что эквивалентно количеству тепла, получаемого при сжигании 3500 л дизельного топлива в отопительных котлах).
Эффективность энергоснабжения за счет возобновляемых источников энергии наиболее целесообразно сравнивать именно с энергоснабжением дизельными электрогенераторами и котлами, так как только эти традиционные источники энергии не привязаны к энергосетям и магистралям, а иначе пришлось бы учитывать стоимость их прокладки. Общее количество энергии, вырабатываемое системой автономного энергоснабжения за год в условиях Украины эквивалентно энергии получаемой при сжигании как минимум 33,5 т солярки стоимостью на сегодняшний день более 125 000 грн.. Одна установка "Автономный Дом" в состоянии обес-печить теплом и электричеством до 1000 м2 жилья, что соответствует, например, кондомини-уму на пять семей.
Область применения системы:
- Жилищное строительство (коттеджи, усадьбы и т.д.);
- Сельское хозяйство (фермерские хозяйства и т.д.);
- Небольшие предприятия и сборочные производства;
- Освоение новых территорий (удалённые районы, острова и т.д.);
- Охрана государственной границы (дальние армейские гарнизоны, погранзаставы, сеть ПВО, службы берегового наблюдения).
В Европе создание автономных систем пока находится на уровне проектирования. Един-ственный, известный на сегодняшний день проект "Concept House" принадлежит крупнейшей шведской строительной корпорации NCC (www.ncc.se). Ориентировочная стоимость одного до-ма NCC, оборудованного системой автономного энергоснабжения, составляет 75 млн. шведских крон, что, по их собственному заключению, слишком дорого.
Самое удачное место для внедрения системы "Автономный Дом", – конечно же – ос-рова, недоступные ни для линий электропередач, ни для газопровода. Завозить на них дизельное топливо или уголь дорого и крайне неудобно. Именно по этой причине, из 6500 островов Аландского архипелага между Финляндией и Швецией заселено только 65, а из 3000 греческих островов – 200. Поэтому самый короткий и абсолютно точный ответ на вопрос о перспектив-ных рынках сбыта – "все острова земного шара".
Основные узлы автономной системы энергоснабжения:
- ветрогенераторная установка - источник электроэнергии;
- солнечный коллектор - плоские радиаторы с селективным покрытием, преобразующие солнечную энергию в тепловую;
- тепловой насос - преобразователь низкопотенциальной энергии (теплота земли, водо-емов, сточных вод и т.д.);
- тепловой аккумулятор - термоизолированная емкость с водой.
Основным источником электроэнергии для обеспечения работы системы отопления, горячего и холодного водоснабжения, а также для питания бытовых электроприборов является ветрогенератор. Предлагаемые на сегодняшний день многими зарубежными и российскими производителями ветрогенераторы для нормальной работы требуют слишком большие ветроресурсы (для выхода на номинальную мощность обычно требуется скорость ветра 10 - 14 м/с). К сожалению, большая часть нашей страны не обладают такими ветроресурсами, поэтому нами разработана ветрогенераторная установка, оптимизированная под ветроресурсы нашего регги-она. Для обеспечения бесперебойности питания используется аккумуляторная батарея и инвер-ор. Управление работой всей системы энергоснабжения здания обеспечивается автоматической системой управления.
Источником тепла системы отопления является гелиосистема, включающая в себя блок солнечных коллекторов и аккумулятор тепла. Антифриз, нагреваемый в солнечном коллекторе, посредством теплообменника передает теплоту воде в аккумуляторе. Энергия запасается в лет-ний период и отбирается в холодное время года. В качестве отопительных приборов в данной системе применены так называемые , которые в отличии от традиционных ра-диаторов эффективно работают даже при низких температурах теплоносителя. Система отопления включает в себя аккумулятор тепла, расширительный бак, циркуляционный насос, теплообменный аппарат, управляемый трехходовой вентиль и отопительные приборы. Теплообменный аппарат служат для догрева теплоносителя тепловым насосом перед подачей на "теплые полы".
Самым важным узлом в данной системе является тепловой насос, обеспечивающий работу системы горячего водоснабжения, утилизацию теплоты сточных вод и догрев теплоносителя основной системы отопления, а также в определенных условиях может выполнять роль основного генератора тепла.
Основным достоинством данной системы является полная автономность и практически троекратная надежность, т.е. даже при выходе из строя любого из узлов, система компенсирует потери за счет перераспределения нагрузок в других узлах.
Совместная работа основных узлов позволяет более полно использовать возможности каждого из них и практически полностью исключить влияние неблагоприятных погодных условий и пиковых режимов (день - ночь и т.п.).
Основные элементы системы отопления включают в себя:
- аккумулятор тепла;
- отопительные приборы ("теплые полы");
- управляемый трехходовой вентиль;
- теплообменный аппарат;
- циркуляционный насос;
- датчик температуры теплоносителя.
Работа системы отопления определяется условиями эксплуатации и зависит от времени года. Можно выделить два основных режима: летний и зимний.
Летний период (отопление отключено).
В данном режиме работы отключаются отопительные приборы ("теплые полы") и система входит в режим накопления тепловой энергии, который в свою очередь определяется целым рядом дополнительных параметров. В дневное время суток основным источником энергии для нагрева аккумулятора тепла служит солнечный коллектор, а при работающем ветрогенера-торе дополнительным источником становится тепловой насос. Если температура в аккумуля-торе ниже 60?С, включается насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя аккумулятора через теплообменный аппарат в котором расположена часть конденсатора теплового насоса, что и обеспечивает нагрев. При отсутствии солнца или в ночное время этот режим становится ос-новным. Все процессы в системе отопления регулируются автоматической системой управле-ния.
Отопительный сезон.
Переход системы отопления в основной режим заключается в подключении отопитель-ных приборов и циркуляции теплоносителя между аккумулятором и отопительными прибора-ми. Температура на входе отопительных приборов устанавливается в определенной зависи-мости от температуры наружного воздуха и контролируется датчиком температуры. Регули-ровку и поддержание необходимой температуры обеспечивает трехходовой регулирующий вентиль, управляемый АСУ , путем подмешивания теплоносителя из обратного коллектора на вход системы. При работающем тепловом насосе поступление теплоносителя из аккумулятора полностью прекращается, что позволяет сэкономить значительное количество энергии запасен-ной в аккумуляторе.
Тепловой насос:
- Тепловой насос является основным компонентом данной автономной системы энерго-снабжения и задействован практически во всех режимах. Его высокая эффективность позволяет наиболее рационально использовать излишки вырабатываемой ветрогенератором энергии и в сочетании с дешевой солнечной энергией обеспечивает полную автономность энергообеспече-ния здания.
Одним из основных режимов работы теплового насоса - приготовление горячей воды. Днем, при включении источником тепла становится солнечный коллектор, что существенно по-вышает эффективность процесса приготовления горячей воды.
Так как основное потребление горячей воды связано, как правило, с приемом ванны или душа, то в системе предусмотрен утилизатор тепла сточных вод ванной комнаты, который яв-ляется еще одним источником тепла при производстве горячей воды. До сброса в канализацию сточная вода попадает в утилизатор, где происходит отбор и возврат тепла, что позволяет зна-чительно снизить затраты на приготовления горячей воды.
В системе также предусмотрена принудительная система вентиляции с рекуперацией тепла.
При работающем ветрогенераторе основной нагрузкой теплового насоса является сис-тема отопления:
- летом производится нагрев теплового аккумулятора при условии, что температура теп-лоносителя в нем ниже 60oС;
- в отопительный период тепловой насос работает непосредственно на отопительные приборы, что позволяет существенно экономить запасы тепла аккумулятора.
Гелиосистема представляет собой замкнутый контур, в который помимо солнечного коллектора входит теплообменник, размещенный в тепловом аккумуляторе, циркуляционный насос и расширительный бак.
Основным источником электроэнергии является ветрогенераторная установка соответ-ствующей мощности, подключенная к сетевому регулятору, который обеспечивает всю систему необходимой энергией и осуществляет постоянный контроль состояния аккумуляторных бата-рей. Регулятор контролирует степень разряда аккумуляторных батарей и в случае необходимос-ти направляет часть энергии на подзарядку батареи. В случае, когда вырабатываемой энергии недостаточно (например, недостаточная сила ветра), регулятор направляет в систему недоста-ющую энергию от аккумуляторной батареи через инвертор, который преобразует постоянное напряжение батареи в переменное с промышленной частотой и тем самым обеспечивает посто-янство потребляемой мощности.
Управление системой энергоснабжения здания полностью автоматизировано. Автомати-ческая система управления выполнена на базе компьютера с соответствующими интерфейсами и программным обеспечением и питается от отдельной аккумуляторной батареи, что сущест-венно повышает ее надежность. На вход АСУ в реальном масштабе времени поступают сигналы всех датчиков системы; полученная информация обрабатывается специальным программ-мным обеспечением, что и определяет дальнейшее поведения всех элементов системы.
Принцип работы теплового насоса вытекает из работ и описания цикла Карно, опухликованного в его диссертации в 1824 г. Практическую теплонасосную систему предложил Виль-ям Томсон (лорд Кельвин) в 1852 г. под названием "умножитель тепла". Она показывала, как холодильную машину эффективно использовать для отопления. Подобная машина была построена в Швейцарии. Томсон заявил, что его ТН способен давать необходимое тепло при ис-пользовании только 3% энергии, затрачиваемой на отопление [22].
Дальнейшее развитие теплонасосные установки получили только в 20-30-х годах двадца-того века, когда в Англии была создана первая установка для отопления и горячего водоснабже-ния с использованием тепла окружающего воздуха. Затем несколько демонстрационных устано-вок создали в США. Первую крупную теплонасосную установку в Европе ввели в действие в Цюрихе в 1938-1939 гг. В ней использовались тепло речной воды, ротационный компрессор и хладогент. Она обеспечивала отопление ратуши водой с температурой 60° С при мощности 175 кВт. Имелась система аккумулирования тепла с электронагревателем для покрытия пиковой нагрузки. Летом установка работала на охлаждение. С 1939 по 1945 гг. было создано ещё 9 подобных установок, чтобы сократить потребление угля, некоторые из них успешно проработа-ли более 30 лет [22].
Итак, в 1824 г. Карно впервые использовал термодинамический цикл для описания про-цесса, и этот цикл остаётся фундаментальной основой для сравнения с ним и оценки эффектив-ности ТН. Теплонасос требует затраты работы для получения тепла при низкой температуре и отдачи его при более высокой.
Тепловой насос — это термотрансформатор, преобразующий низкопотенциальную энер-гию окружающей среды, непригодную для использования в отопительных системах, в высоко-потенциальную, которая служит для отопления помещений и нагрева воды в системе ГВС. Ана-лог теплового насоса — холодильник — сегодня есть в каждом доме. В холодильной камере холодильник забирает тепло от продуктов питания, охлаждая их, и выбрасывает это тепло в окружающую среду через радиаторную решетку на задней стенке. А тепловой насос забирает тепло у окружающей среды и передает его в систему отопления. Британский физик Уильям Томсон,изобретатель теплового насоса, назвал его "умножителем тепла [25].
Рис.1.2. Принцип действия теплового насоса [25]
Схематично тепловой насос можно представить в виде рабочего контура, состоящего из четырех основных элементов, - испарителя, компрессора, конденсатора и сбросного клапана. К рабочему контуру примыкает первичный (внешний) контур, в котором циркулирует рабочее вещество (вода, антифриз или воздух), собирающее тепло окружающей среды, и вторичный – вода в системах отопления и горячего водоснабжения здания (рис.1.2).
Испаритель – пластинчатый теплообменник, где с одной стороны циркулирует холодный жидкий хладагент (вещество с низкой температурой кипения, обычно фреон), а с другой сторо-ны на противотоке циркулирует рабочее вещество первичного контура.
Первичный контур – это контур с низкопотенциальной тепловой энергией (энергия, температуры которой недостаточно для непосредственного нагрева отопительного контура). В качестве источника энергии первичного контура может быть использовано тепло грунта (грунтовые зонды с антифризом), грунтовых вод (две скважины: подающая и поглощающая), наружного воздуха и т.п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
