Energy.ua

Сообщество по возобновляемой энергетике

Информация

Энергоактивные дома

Энергоактивные дома - дома оснащённые комплексной системой энергообеспечения (отопление, ГВС, вентиляция и кондиционирование), включающей в себя энергоактивные ограждающие конструкции на базе гелиопрофиля, тепловой насос и сезонный аккумулятор

Расположение: Днепропетровск
Участники: 17
Последняя активность: Июл 20, 2011

Енергоактивні будинки

ЕФЕКТИВНІ СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ ТА КОНДИЦІЮВАННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ

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 -200С), тобто із збільшенням потреб в теплопостачанні, з 3-5 до 1-3. Разом з тим, холодильний коефіцієнт з підвищенням температури навколишнього повітря (до +300С) 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)0С, 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.

Вихід вертикальних теплообмінників сезонного акумулятора тепла,
м.Дніпропетровськ

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)0С. 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.

Дискуссионный форум

В этой группе еще нет ни одной темы форума.

Доска комментариев

Комментарий

Вы должны быть участником Энергоактивные дома, чтобы добавлять комментарии!

Комментарий от: Виталий Страшко, Июнь 14, 2011 в 4:49pm

СОЛНЕЧНОЕ ОТОПЛЕНИЕ: ДОМ "0 - ЭНЕРГИИ" В КОНЦЕПЦИИ ЭНЕРГОАКТИВНОГО ДОМА

Отопление здания осуществляется за счёт солнечной энергии, запасённой в сезонном аккумуляторе тепла в тёплый период года.

 Основными элементами системы энергообеспечения ЭАД "0 - энергии" являются энергоактивные ограждающие конструкции из гелиопрофиля, сезонный аккумулятор тепла и низкотемпературная система отопления. Резервным источником тепла и холода является тепловой насос. Энергия солнечного излучения в летний период поглощается энергоактивной ограждающей конструкцией и запасается в сезонном аккумуляторе тепла (за исключением тепла для приготовления горячей воды). Отопление дома осуществляется низкотемпературной системой отопления непосредственно от сезонного аккумулятора тепла - режим "прямого нагрева". Кондиционирование дома обеспечивается, как правило, охладителями воздуха испарительного типа. От внешних сетей потребляется электрическая энергия для работы циркуляционных насосов и вентиляторов.

Дом "0 - энергии"

  1. Энергоактивная крыша. Гелиопрофиль.
  2. Сезонный грунтовый аккумулятор тепла (САТ).
  3. Нагрев САТ до температуры +(45-55) град.С в тёплый период года.
  4. Отопление дома. САТ охлаждается до температуры +40 град.С.
  5. Потребление электрической энергии из внешней сети для работы циркуляционных насосов и вентиляторов.

Дом "положительной энергии"

При использовании в конструкции энергоактивного ограждения ЭЛЕКТРОГЕЛИОПРОФИЛЯ избыток вырабатываемой в летнее время электроэнергии "аккумулируется", т.е. отдаётся в электросеть и отбирается от неё по мере необходимости. При решении юридических вопросов связанных с таким взаимозачётом, ЭНЕРГОАКТИВНЫЙ ДОМ НЕ ПОТРЕБЛЯЕТ ЭНЕРГИИ ОТ ВНЕШНИХ СЕТЕЙ ДЛЯ НУЖД КЛИМАТИЗАЦИИ. Аналогично может быть решён вопрос освещения, работы маломощной офисной и бытовой техники. 
  1. Энергоактивная крыша. Гелиопрофиль.
  1. Сезонный грунтовый аккумулятор тепла (САТ).
  2. Нагрев САТ до температуры +(45-55) град.С в тёплый период года.
  3. Отопление дома. САТ охлаждается до температуры +40 град.С.
  4. Потребление электрической энергии из внешней сети для работы циркуляционных насосов и вентиляторов.
  5. Работа циркуляционных насосов и вентиляторов от электрогелиопрофиля энергоактивной крыши.
  1. Передача электрической энергии от электрогелиопрофиля энергоактивной крыши в внешнюю электрическую сеть.

Пример расчёта энергоактивного торгового центра (автосалон) площадью 1000м2 с СОЛНЕЧНЫМ ОТОПЛЕНИЕМ

Комментарий от: Виталий Страшко, Апрель 24, 2011 в 9:00am
Більше наРозрахунок 7-ми поверхового житлового будинку в концепції енергоактивної будівлі.
Комментарий от: Виталий Страшко, Март 15, 2011 в 12:22am

Добрый день, Виталий! 

  1. Информацию по технологии монтажа гелиопрофиля и общей концепции конструкции крыши (фасада) подготовлю и отправлю.
  2. Поставка гелиопрофиля ("Фотон") для варианта общей прозрачной теплоизоляции - "Дженерал Инвест" (http://solar-house.ucoz.com/index/gelioprofil/0-5 , Усик Сергей Дмитриевич). Броварский завод (производитель) к сезону должен возобновить работу.
  3. Расчёты в рамках кооперации беру на себя, с теорией можно ознакомиться с материалами на странице http://solar-house.ucoz.com/load/1 .
  4. По монтажу поделюсь максимумом информации при общении и дистанционно.
  5. Типовые схемы энергообеспечения для новостроев и реконструкции дорабатываются и будут добавляться на сайт http://solar-house.ucoz.com/index/0-2 .

Рынок действительно большой!

Комментарий от: Виталий Страшко, Март 13, 2011 в 12:01pm
Здравствуйте, Виталий! Приветствую с вступлением в группу. Ознакомился с вашим сайтом (блогом). Предлагаю расширить деятельность компании в направлении реконструкции и строительства домов по концепции ЭнергоАктивных Домов, а также использования электрогелиопрофиля.
Комментарий от: Виталий Страшко, Март 7, 2011 в 11:26am
Уважаемые участники. Сейчас наполняется материалом сайт http://solar-house.ucoz.com/. Приглашаю принять посильное участие.
Комментарий от: Виталий Страшко, Декабрь 19, 2010 в 8:13am

РОЗРАХУНОК ЕНЕРГОАКТИВНОЇ БУДІВЛІ

В останні роки проблемою для економіки країни взагалі і населення конкретно, постало постійне зростання цін на енергоресурси і, відповідно, послуги теплопостачаючих підприємств. В основі  опалення та гарячого водопостачання (ГВП) лежить використання природного газу. В Україні газ власного видобутку складає 1/3 від загального споживання. Імпортований газ постачається в Україну, як, доречно, і до інших країн Європи, за монопольними цінами країн-експортерів, що не дозволяє бути спокійним за стан справ в майбутньому. Така ситуація обумовила різке зростання використання для потреб опалення, ГВП і кондиціювання електроенергії (теплові помпи, кондиціонери «тепло-холод») і нетрадиційних джерел енергії (сонячна, вітрова енергії, тощо). Цьому сприяє і відповідна державна політика більшості країн. Привабливість використання електроенергії та сонячної енергії в Україні обумовлюється як природними умовами, так і атомною та вугільною  перспективами розвитку електро- теплогенеруючих галузей. Таке сполучення спонукало до появи відповідних технологій, у тому числі концепції ЕнергоАктивних Будівель - ЕАБ (“energy-active-buildings” – EAB). Цій концепції відповідають енергоефективні будинки які можуть бути обладнані сонячними батареями, сонячними колекторами, тепловими помпами і сезонними акумуляторами тепла. Концепція базується на тій засаді, що на поверхню житлового будинку потрапляє в теплий період року сонячної енергії в 10 разів більше за його потреби в опаленні та ГВП впродовж року. Ці дані справедливі для північних регіонів України та, звісно, за умов відповідності будівлі сучасним нормам теплозбереження. Сонячна теплова енергія, яка потрапляє на поверхню об’єкту, утилізується сонячними колекторами та акумулюється в сезонному тепловому акумуляторі (ґрунтовому чи водяному). Відповідно до потреб об’єкту, ця енергія використовується або безпосередньо (ГВП влітку), або за допомогою теплової помпи. Термічний коефіцієнт теплової помпи (відношення корисної теплової потужності до споживаної електричної потужності) завдяки підвищеній температурі теплоносія сезонного акумулятора збільшується у 1,5-2,5 рази, чим забезпечує економічний ефект від застосування концепції ЕАБ. Утилізація зазначеної сонячної енергії додатково зменшує навантаження і на систему кондиціювання. Перший етап розвитку цього напрямку почався в 70-х , 80-х роках минулого сторіччя. В [1] наведені приклади споруджених об’єктів в яких в тій чи іншій мірі реалізована ця концепція. Декілька років назад автором було розроблено, запатентовано та впроваджено до виробництва новий інноваційний продукт – геліопрофіль, що визнаний кращим винаходом України в 2005 році в галузі енергетики. Це будівельний формоутворюючий матеріал, що поєднує в собі властивості сонячного колектора з рідким та/або повітряним контурами теплоносія. Як варіант, повітряний контур можна використовувати для надання геліопрофілю теплоакумулюючих властивостей. В Дніпропетровську розміщено до виробництва геліопрофіль «ТЕПС» (дистрибуція та монтаж фірма «Інсолар ЮСВ» м.Дніпропетровськ), в Броварах Київської області – геліопрофіль «ФОТОН» (дистрибуція фірма «Дженерал Інвест» м.Київ, дистрибуція та будівництво - будівельні компанії «Сакті Плюс» м.Дніпропетровськ та «Патріаком» м.Львів). Загальна потужність виробництва до 800 тис. м2 геліопрофілю за рік. Розглядається питання розміщення виробництва геліопрофілю «ФОТОН» в варіанті електрогеліопрофілю – з виробництвом теплової і електричної енергії. З використанням геліопрофілю можуть бути споруджені так звані енергоактивні огороджувальні будівельні конструкції (ЕАО) – енергоактивні покрівлі та фасади. Крім того, що вони складають відповідний конструктивний елемент будівлі, вони є однією з головних складових елементів комплексних систем енергозабезпечення об’єктів (КСЕЗ). Система забезпечує ГВП, опалення, вентиляцію та кондиціювання ЕАБ, і використовує електричну енергію та нетрадиційні джерела енергії – енергію сонячного випромінювання, тепло грунта і повітря (навколишнього та викидного). Один з варіантів можливої КСЕЗ представлено в [2].  Наукові розробки в цьому напрямку проводяться в НДІ енергетики Дніпропетровського національного університету. Окремі елементи та системи концепції ЕАБ реалізуються і в Україні. Наприклад, при реконструкції будинку видавництва «Екоінформ» у центрі Львові (Рис.1). Триповерхова будівля австрійської рядної забудови була надбудована четвертим і п’ятим (мансардним) поверхами. Частина даху виготовлена як енергоактивна з повітряним і рідким контурами теплоносіїв. В підвалі будинку збудовано акумулятор тепла з твердим наповнювачем.

Рис.1 Енергоактивна будівля. м.Львів

В Дніпропетровську споруджено енергоактивний котедж, в якому частково реалізована концепція ЕАБ, обладнаного енергоактивним дахом площею близько 300 м2, тепловою помпою і сезонним ґрунтовим акумулятором тепла з 21 теплообмінною свердловиною. В пригороді Дніпропетровська будується енергоактивний котедж в якому передбачається використання энергоактивного даху, теплової помпи, сезонного ґрунтового акумулятора тепла, приплинно-викидної системи вентиляції з рекуператором тепла і ґрунтовим теплообмінником. Завершено спорудження «нульового» циклу з сезонним ґрунтовим акумулятором тепла. Він складається з залізобетонної плити товщиною 200-250 мм з системою пластикових теплообмінних труб (500м), змонтованої на глибині 2,4 м під котеджем, та 20-ти теплообмінних скважин (Рис.2). Розрахункова маса сезонного акумулятора тепла 4700 тон [3].

Рис.2 Сезонний ґрунтовий акумулятор тепла. с.Обухівка, Дніпропетровська обл.

Якщо з технічними аспектами реалізації концепції ЕАБ все біль менш зрозуміло, то з визначенням параметрів КСЕЗ та окремих елементів, алгоритму їх функціонування в узагальненому вигляді, є багато питань. Тому головним завданням при проектуванні КСЕЗ є коректний розрахунок її параметрів відповідно до цільової функції для кожного об’єкту. Такими, в залежності від призначення об’єкту, можуть бути, наприклад, мінімізація разових (капітальних) витрат при впровадженні концепції ЕАБ, мінімізація поточних експлуатаційних витрат по теплозабезпеченню будівлі, або мінімізація разових та експлуатаційних витрат впродовж розрахункового терміну.  Нараз, відомі методики розрахунку теплового балансу енергоактивних будівель і їх систем енергопостачання, наприклад [4]. Та вони не завжди дають можливості комплексного моделювання сумісної роботи будівлі та системи КСЕЗ впродовж одного – декількох років, та перевантажені детальними розрахунками окремих параметрів, які б можна було враховувати в опосередкованому вигляді.

В рамках даної статті пропонується до розгляду розрахунковий механізм реалізований засобами Excel під назвою «Енергоактивна будівля (ЕАБ)» [5]. Узагальнений алгоритм розрахунку складається з трьох розрахункових механізмів: сумісного моделювання процесів утилізації сонячного випромінювання енергоактивною огороджувальною будівельною конструкцією і процесу зарядки ґрунтового САТ, моделювання теплоспоживання об’єкту впродовж року, моделювання роботи теплової помпи (ТП) впродовж року. В узагальненому алгоритмі враховуються кліматичні, геометричні , фізико-механічні параметри КСЕЗ в цілому та окремих її елементів. Математичне моделювання роботи КСЕЗ впродовж першого з початку експлуатації і наступних років дозволяє оптимізувати її параметри в залежності від цільової функції.

Рішення задачі моделювання процесів утилізації сонячного випромінювання ЕАО і процесу зарядки ґрунтового САТ з урахуванням їх тепловтрат викладено в [6]. Добове (впродовж світлового дня) моделювання оптимального алгоритму з урахуванням введених параметрів базується на взаємній оптимізації теплопродуктивності ЕАО і потужності зарядки САТ. В розрахунках враховуються: крок, глибина теплообмінних скважин САТ і схема їх розташування; матеріал, радіус і товщина стінки труби теплообмінника; теплофізичні характеристики ґрунту і температура його віддаленого об’єму; площа, кут нахилу до горизонту, азимут від напрямку на південь і географічне положення ЕАО; розрахунковий коефіцієнт тепловтрат ЕАО, коефіцієнт сприйняття сонячної енергії геліопрофілем. Добове моделювання миттєвої потужності ЕАО проводиться з використання розрахункового механізму програми «Инсоляция-Украина» [7].

Моделювання теплоспоживання об’єкту впродовж року розглянуто як суму двох складових – постійної та перемінної. Під постійною складовою мається на увазі в першу чергу споживання тепла для потреб ГВП. Її розмір обумовлюється призначенням будівлі та врегульований відповідною нормативно-технічною документацією.  Для житлового будинку він залежить від кількості мешканців та санітарних норм споживання гарячої води. Для розрахунку перемінної складової теплоспоживання використано узагальнений розрахунковий механізм, що базується на використанні розрахункового значення пікового тепло навантаження будівлі для даної кліматичної зони, помісячних значень зовнішньої температури повітря та вентиляційної тепловтрат. Пікове тепло навантаження може задаватись безпосередньо, або опосередковано, через питомі тепловтрати на одиницю опалювальної площі будівлі.

Моделювання роботи теплової помпи, тобто залежності термічного коефіцієнту від температури теплоносія САТ та заданих значень температури системи опалення та електричної потужності компресору, проводилось з урахуванням їх робочих характеристик, зазначених в паспортних даних [8]. Відмова від використання теоретичних підходів  зумовлена неоднозначністю величини запропонованого коефіцієнта корисної дії для умов розрахунку конкретного об’єкту.

В зв’язку з взаємопов’язаністю значень параметрів теплопродуктивності ЕАО, потужності зарядки САТ та тепловтрат САТ, моделювання розрахунку відповідно до узагальненого алгоритму проводиться шляхом поступового  наближення. Результатами розрахунку є розрахунок  витрат на електроенергію спожитою тепловою помпою та електрокотлом для заданої розрахункової моделі об’єкту, його системи енергозабезпечення та їх окремих компонентів. Слід зауважити, що найбільш цікавим, з економічної точки зору, результатом розрахунків є варіант розрахункової моделі, за якої реалізується принцип т.зв. «прямого нагріву» - безпосереднього використання накопиченого в САТ тепла для низькотемпературної системи опалення.

Розрахунок КСЕЗ виконується з використанням трьох робочих терміналів. Через термінал «Технічні параметрі» вводяться наступні параметри (Рис.3):

  1. «Характеристики енергоактивної будівлі (ЕАБ)»: нормовані тепловтрати, опалювальна площа, кількість опалювальних поверхів. На термінал виводяться проміжні розрахункові результати: пікове тепло навантаження, приведена площа ділянки.
  2. «Енергоактивна огороджувальна будівельна конструкція (ЕАО)»: коефіцієнт тепловтрат ЕАО, коефіцієнт поглинання сонячного випромінювання ГП, коефіцієнт пропускання прозорої теплоізоляції, коефіцієнт нахилу функції конструктивного коефіцієнту ГП, константа функції конструктивного коефіцієнту ГП. На термінал виводяться проміжні розрахункові результати: конструктивний коефіцієнт геліопрофілю, коефіцієнт сприйняття сонячного випромінювання.
  3. «Сезонний ґрунтовий акумулятор тепла (САТ)»: зовнішній діаметр труби теплообмінника (ТО), товщина стінки труби теплообмінника, коефіцієнт теплопровідності труби теплообмінника, коефіцієнт теплопровідності ґрунту, температура віддаленого об’єму ґрунту, щільність ґрунту, теплоємкість ґрунту, різниця температур теплоносія на вході/виході САТ, різниця температур теплоносія на вході/виході ТО, максимальна температура теплоносія в САТ.
  4. «Теплова помпа (ТП)»: температура системи опалення, значення термічного коефіцієнту при двох значення температури теплоносія низько потенціального джерела.

Рис.3 Технічні параметри

Через термінал «Термінал САТ» (Рис.4) вводяться наступні параметри: регіон (обласний центр), постійне теплонавантаження, площа енергоактивної огороджувальної конструкції (ЕАОК), азимут ЕАОК від півдня, кут нахилу ЕАОК до горизонту, план розміщення свердловин (А х В), глибина свердловин, крок свердловин, початкова температура ґрунту САТ.

Рис.4 Термінал САТ

На термінал виводяться проміжні розрахункові результати: обласний центр регіону, широта обласного центру, кількість свердловин, приведена площа ділянки САТ, об’єм ґрунтового САТ, маса ґрунтового САТ, питома теплоємкість САТ, питома потужність САТ, річне теплове навантаження ЕАБ, річне акумулювання САТ.

Додатково на термінал виводяться графіки:

  1. «Річна зміна температури ґрунтового САТ».
  2. «Добовий тепловий баланс ЕАБ», де наводяться тепловтрати будівлі, тепловтрати САТ, акумуляція тепла і добовий баланс.

 

Через термінал «Термінал ТП» (Рис.5) вводяться значення електричної потужності ТП, тариф електроенергії та «нічний тариф». На термінал виводяться наступні розрахункові величини:

  1. Потужність пікового догрівача.
  2. Річні витрати на електроенергію спожиту ТП.
  3. Річні витрати на електроенергію спожиту ТП в опалювальний період.
  4. Річні витрати на електроенергію спожиту ТП в опалювальний період з урахуванням «прямого нагріву».
  5. Річні витрати на електроенергію спожиту ТП з урахуванням «нічного тарифу».
  6. Річні витрати на електроенергію спожиту ТП в опалювальний період з урахуванням «нічного тарифу».
  7. Річні витрати на електроенергію спожиту ТП в опалювальний період з урахуванням «прямого нагріву» і «нічного тарифу».
  8. Порівняльне річне споживання енергії електрокотлом.
  9. Порівняльне річне споживання енергії електрокотлом з урахуванням «нічного тарифу».
  10. Мінімальна потужність електрокотла.
  11. Мінімальна потужність електрокотла тільки при роботі в режимі «нічного тарифу».

Рис.5 Термінал ТП

Додатково на термінал виводяться графіки:

  1. «Річна зміна температури ґрунтового САТ», де наводяться температура САТ, температура теплоносія на випарнику ТП, температура системи опалення, температура САТ для роботи в режимі «прямого нагріву».
  2. «Робота ТП продовж доби», де наводяться час роботи ТП впродовж доби, довжина «нічного тарифу» та доби, час роботи ТП в режимі «прямого нагріву».

Для прикладу наведено результати розрахунку энергоактивного котеджу опалювальною площею 263м2,розташованого в Київській області. Приклад узятий з каталогу проектів (Рис.6).

Рис.6 Розрахункова модель энергоактивного котеджу

Конструктив котеджу не має принципового значення, це може бути варіант закладений у проекті, технологія канадського дому, легкі стальні каркаси, тощо. Для розрахунку були прийняті наступні вихідні параметри:

  1. ЕАОК – східний схил даху (фасад будівлі обернений на північ):

1.1.            Доступна для потреб утилізації сонячної енергії площа – 36м2 (5,5м×6,5м) та 75м2 (7,5м×10м). В сумі 110м2.

1.2.            Азимут від напрямку на південь – 45град.(Пд-Сх).

1.3.            Кут нахилу до горизонту – 35град.

1.4.            Коефіцієнт тепловтрат – 8Вт/(м2·К).

1.5.            Коефіцієнт поглинання сонячного випромінювання – 0,85.

1.6.            Коефіцієнт пропускання прозорої теплоізоляції – 0,9.

1.7.            Конструктивний коефіцієнт геліопрофілю – 0,85.

  1. Енергоактивний котедж:

2.1.            Опалювальна площа – 263м2.

2.2.            Тепловтрати – 30Вт/м2.

2.3.            Кількість опалювальних поверхів – 2.

  1. САТ – сезонний ґрунтовий акумулятор тепла:

3.1.            Зовнішній діаметр труби теплообмінника – 0,05м.

3.2.            Товщина стінки труби теплообмінника – 0,0046м.

3.3.            Коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби теплообмінника – 0,23Вт/(м·К).

3.4.            Коефіцієнт теплопровідності ґрунту – 1,5Вт/(м·К).

3.5.            Температура віддаленого об’єму ґрунту - 12°С.

3.6.            Щільність ґрунту – 1700кг/м2.

3.7.            Теплоємність ґрунту – 1230Дж/(кг·К).

3.8.            Різність температур на вх./вих. САТ - 4°С.

3.9.            Різність температур на вх./вих. теплообміннику - 4°С.

3.10.        Максимальна температура теплоносія - 60°С.

  1. Електромережа:

4.1.            Напруга – 220В, частота змінного струму – 50Гц.

4.2.            Тариф – 0,24грн/КВт·год.

4.3.            «Нічний тариф» - 0,7.

В якості джерела теплової енергії передбачається використання геотермальної ТП «розсіл – вода» з технічними характеристиками, характер взаємовпливу яких між собою відповідає даним, наведеним в технічному паспорті ТП фірми «Віссман».

Наведемо результати розрахунків.

Шляхом послідовного наближення вибрана система теплообмінних свердловин САТ з 16 штук розташованих у плані 4 х 4, робочою глибиною 25м та кроком 1,5м. Електрична потужність ТП – 0,8КВт. Потужність пікового догрівача 3,2КВт. Для випадку використання електрокотла, його мінімальна потужність складає 7,9КВт, а при застосуванні «нічного тарифу» - 27,1КВт. Розрахунок показує, що розрахункове навантаження на електромережу для ЕАБ практично не потребує виконання нового підводу, або встановлення додаткової районної трансформаторної підстанції. В цьому випадку найбільш доцільним виглядає використання в якості пікового догрівача комину або котла на твердому паливі. Для даного варіанту коефіцієнт ефективності (відношення вартості електроенергії споживаної електрокотлом до спожитої тепловою помпою) 6,57 та 6,85 з урахуванням «прямого нагріву». В нашому випадку, приорітетним було вибране використання ТП якомога меншої потужності (і, відповідно, вартості), тому застосування «нічного тарифу» менш вигідне – коефіцієнт ефективності 5,28 і 5,46 відповідно.

На Рис.7 зображено графіки потужності сонячного випромінювання, що надходить впродовж доби на ЕАОК (енергоактивних дах) на 15-те число кожного місяця при безхмарному небі. Розрахунок проведено з використанням програми «Инсоляция – Украина» [7].

Рис.7 Добова зміна потужності сонячного випромінювання

На Рис.8 зображено річні зміни температури САТ впродовж 3-х років. Як видно з графіків, термін виходу системи в сталий режим роботи складає 2 роки.

Рис.8 Зміна температури САТ впродовж перших 3-х років роботи

На Рис.9 зображено графіки річної зміни температур САТ, теплоносія на вході випарника ТП, теплоносія в режимі «прямого нагріву», опалення. Аналіз графіків показує, що в жовтні температура теплоносія САТ дозволяє використовувати режим «прямого нагріву», тобто не включати компресор ТП.

Рис.9 Річна зміна температур САТ, теплоносія на випарнику ТП, теплоносія в режимі «прямого нагріву», опалення

На Рис.10 зображено графіки зміни добових теплових параметрів системи впродовж року в сталому режимі роботи – тепловтрат об’єкту, тепловтрат САТ, зарядки САТ та загального добового балансу об’єкту.

Рис.10 Тепловий баланс

На Рис.11 наведені часові діаграми роботи ТП впродовж доби на 15-те число кожного місяця, в тому числі в режимі «прямого нагріву». Для інформаційності приведені довжина доби та час дії «нічного тарифу». У жовтні час добової робота ТП в режимі «прямого нагріву» дорівнює нулю.

Рис.11 Час роботи ТП впродовж доби

Проміжні розрахункові результати наступні:

  1. Пікове теплонавантаження – 7,9КВт. Сумарно враховує тепловтрати через огороджувальні будівельні конструкції та вентиляційні тепловтрати.
  2. Приведена площа ділянки – 132м2. Площа забудови – характеризує теплоізольовану площу «верху» САТ.
  3. Коефіцієнт сприйняття сонячного випромінювання – 0,77. Коефіцієнт поглинання сонячного випромінювання теплопоглинальною поверхнею геліопрофілю та коефіцієнт пропускання прозорої теплоізоляції.
  4. Обласний центр регіону – Київ.
  5. Широта обласного центру – 50,50пч.ш.
  6. Кількість свердловин – 16шт.
  7. Загальна довжина теплообмінних свердловин – 400м.
  8. Приведена площа ділянки САТ – 36м2. Площа «верху» та «дна» САТ.
  9. Об’єм ґрунтового САТ – 900м3.
  10. Маса ґрунтового САТ – 1530тонн.
  11. Питома теплоємкість САТ – 523КВт·год/К.
  12. Питома потужність САТ – 1,43КВт/К.
  13. Річне теплове навантаження ЕАБ – 16,7МВт·год.
  14. Річне акумулювання САТ – 22,8МВт·год.

Наведені результати характеризують один з варіантів розрахунку, та не являються обов’язково оптимальними. Застосування наведеного механізму розрахунку параметрів комплексної системи енергозабезпечення будинку відкриває можливість масового впровадження концепції «енергоактивних будівель» при будівництві нових та реновації існуючих будівель. Це призведе до можливості заміни використання газу в побуті та комунальному господарстві на електроенергію і нетрадиційних джерел енергії, що дозволить зменшити залежність України від імпортованого природного газу та фінансове навантаження  на сімейні бюджети її громадян.

 

Список литературы

  1. Казанджан Б.И. Современные системы солнечного теплоснабжения. ж. Энергия. - №12, 2005г.
  2. Страшко В.В. Сонячний дах із геліопрофілю ТЕПС: комплексне рішення питань  гарячого водопостачання, опалення, вентиляції та кондиціювання об’єктів // Будівництво України. – 2006. - №1. – С. 10-16.
  3. Страшко В.В. Энергоактивный коттедж: сезонный аккумулятор тепла. Реконструкція житла. – Вип.9 – 2008. – К.: Нора-Друк, 2008. – С. 285-294.
  4. Promti.ru - Методика расчета теплового баланса энергоактивных зданий и их систем энергоснабжения. - http://homepages.irk.ru/tgv/Otchet2.htm
  5. „Енергоактивна будівля (ЕАБ)”. Програма розрахунку системи енергозабезпечення енергоактивної будівлі /© Страшко В.В.   2009 – 2010.
  6. Страшко В.В. Совместная работа энергоактивной ограждающей конструкции и грунтового сезонного аккумулятора тепла в режиме зарядки ж. Энерготехнологии и ресурсосбережение. - №5, 2009. – С. 31-37.
  7. „Инсоляция – Украина”. Программа для расчёта суммарной солнечной радиации, поступающей на произвольно - ориентированную наклонную поверхность в условиях Украины. /© Страшко В.В.   2004 – 2009.
  8. Vitocal 300/350 Тепловые насосы. Технический паспорт. 5829 119-3 GUS 4/2003.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Комментарий от: Виталий Страшко, Май 15, 2010 в 6:14pm
Подготовлен к поставке и монтажу гелиопрофиль "Фотон" (готовиться несколько вариантов).
Поставка и строительство:
1. ООО "Сакти Плюс" Днепропетровск, www.sakti.com.ua
2. ООО "Патриаком" Львов, www.patriacom.com.ua
Поставка - ООО "Дженерал Инвест" Киев, usik@itagroupsro.com
Научно-техническое сопровождение - НИИ энергетики Днепропетровского национального университета, www.dnu.dp.ua
Комментарий от: Виталий Страшко, Май 12, 2010 в 12:00pm
Добрый день всем участникам. Извините за долгий перерыв в присутствии. Хочу сообщить хорошую новость - разработан сигнальный вариант расчётной программы "Енергоактивні будівлі". В программу закладываются параметры: 1) энергоактивного ограждения (крыши, фасада) - регион местоположения, пространственная ориентация, площадь. 2) теплового насоса "рассол - вода". 3) сезонного грунтового аккумулятора тепла - количество, план расположения, шаг и глубина теплообменных скважин; геометрические параметры, теплофизические параметры материала и размеры труб теплообменников; теплофизические характеристика грунта. 4) тепловые нагрузки объекта - отопительные и постоянные (ГВС). Моделируется изменение температуры грунта сезонного аккумулятора тепла и, на этой основе, потребление электроэнергии для нужд теплоснабжения. В расчёте учитывается возможность прямого теплоснабженя (без включения теплового насоса), использования "ночного тарифа" и т.п. На возникшие вопросы отвечу подробнее.
Комментарий от: Евгений Федюхин, Сентябрь 11, 2009 в 6:16pm
Виталий, где можно узнать цены? я так понял вы с Днепра.
Комментарий от: Станислав Шиманский, Апрель 28, 2009 в 10:51pm
Хороший материал. Большое спасибо.

Есть несколько идей по подаче в общем. Скоро напишу об этом в своем блоге.

Кстати, вы можете запросто приглашать ваших коллег или просто людей, которым данная тема была бы интересной.
 

Участники (17)