«Частный коттедж, г. Сочи», на базе технологии теплового насоса схемы «вода-вода» и солнечного водогрейного коллектора в посёлке Раздольное.
Исходные данные.
Месторасположение комплекса: г. Сочи, Хостинский район.
Удалённость от моря: 5 000 метров.
Температурный погодный режим:
- в «зимний» период до -5С, (средняя + 6С);
- в «летний» период до +35С, (средняя +25С).
Протекающая рядом с участком застройки речка и данные гидрогеологических изысканий подтверждают наличие стабильных грунтовых вод на небольших глубинах.
Согласно проекту:
- общая площадь коттеджа – 137,7 кв.м;
- полезная «отапливаемая» площадь – 129,2 кв.м;
- жилая площадь (с кухней ) – 98,7 кв.м;
- строительный объём – 766,0 куб.м;
- полезный «отапливаемый» объём – 365,9 куб.м.
- количество проживающих (в среднем ) – 5 чел.
Расчётные оценочные потребности объекта в тепле/холоде составляют:
Исходя из проектных данных по планировкам помещений, объёмам и характеристикам применяемых строительных материалов, получены следующие предварительные оценки потребления тепла/холода:
- отопление – 14 кВт;
- кондиционирование – 15 кВт;
- горячее водоснабжение (ГВС) – 3 кВт.
Краткое описание предлагаемой концепции.
С учётом данных раздела 1 предлагается для обеспечения отопления/кондиционирования, подогрева воды на нужды ГВС применить технологию теплового насоса, а именно теплонасосной установки (ТНУ) схемы «вода-вода», использующую в качестве источника низкопотенциального тепла (НПТ) тепло грунтовой воды. Грунтовые воды в сочинском регионе имеют стабильную температуру порядка + (12 – 16) С, что вполне достаточно для применения ТНУ.
Указанная технология и схема ТНУ позволяет эффективно использовать энергоресурсы, минимизировать потребление электроэнергии, максимально потребляя имеющиеся на объекте возобновляемые, низкопотенциальные тепловые ресурсы (грунтовая вода из скважины).
Для реализации концепции необходимо иметь скважину с грунтовой водой расчётного дебита, сетевую электроэнергию, площадь под размещение оборудования – индивидуальный тепло-пункт (ИТП) желательно в подвальном помещении, а в «отапливаемых» помещениях разместить «доводчики тепла/холода» в виде водяных фанкойлов напольного, потолочного или настенного расположения; для подачи «теплоносителя» (подогретой или охлаждённой воды) в фанкойлы проложить по зданию теплоизолированные (металлопластиковые или полипропиленовые) трубы.
Для экономичного и эффективного отопления сан.узлов и ванных комнат предлагается применить систему водяных тёплых полов.
С целью экономии электрической энергии для выработки тепла на подогрев воды для ГВС предлагается дополнить систему генерации установкой солнечного водогрейного коллектора.
Оценочные технические характеристики работы основного оборудования.
В «зимний» период объекту потребуется 17 кВт тепловой мощности для отопления помещений и подогрева воды на ГВС.
В «летний» период объекту потребуется 15 кВт холодильной мощности для кондиционирования помещений и 3 кВт тепловой мощности на нужды ГВС т.е всего 18 кВт.
Исходя из характеристик модельного ряд оборудования ТНУ молдавской фирмы «АЛТАЛ» и необходимости наличия проектного резерва мощности предлагается применить тепловой насос модели GWHP-15, что позволит вырабатывать до 21,6 кВт «тепла» и до 15,6 кВт «холода».
Для выработки максимальной мощности ТНУ схемы «вода-вода» потребуется 4,5 кВт электрической мощности и 0,5 кВт на работу циркуляционных и скважинного насосов. Итого, максимальная потребляемая электрическая мощность составит не более 5,0кВт.
Потребный дебит скважиной воды (источник низкопотенциального тепла, НПТ) составит порядка 3,0 м3/час.
Площадь для размещения теплового насоса и вспомогательного оборудования составит порядка 8 -10 кв.м, для чего может быть использовано помещение топочной на 1-м этаже коттеджа.
Установка дополнительного оборудования:
- «бак – аккумулятор» горячей/холодной воды позволит перевести работу ТНУ в «релейный» режим при отоплении или кондиционировании помещений, что даст дополнительную существенную экономию электроэнергии ( от 3-х до 5-ти раз) по сравнению с постоянным режимом работы ТНУ;
- установка солнечного водогрейного коллектора и «бивалентного бойлера-накопителя горячей воды» даст «бесплатную» энергию на подогрев воды для ГВС и обеспечит резервирование подогрева воды от ТНУ в случае недостатка солнечной энергии («непогожие» дни или в ночное время);
- в «летний» период при небольших тепловых нагрузках в помещениях (ночные, утренние, вечерние часы суток) возможен т.н. режим работы «пассивного кондиционирования», когда тепло из помещений сбрасывается напрямую на грунтовую воду посредством прокачки теплоносителя (воды) через теплообменники без включения ТНУ, что также повышает энергетическую эффективность системы ТНУ «вода-вода».
Перечисленные выше мероприятия существенно снизят затраты электроэнергии при эксплуатации системы генерации тепла/холода с применением ТНУ схемы «вода – вода» и солнечного водогрейного коллектора.
Экономическая эффективность применения теплового насоса схемы «вода – вода» в сравнении с «традиционной» системой: газовый котёл + кондиционер (сплит-система) для рассматриваемого коттеджа при условии 100% загрузки.
Продолжительность отопительного периода примем равной 4200 час в год, т.е. потребность коттеджа в отоплении составит 14 кВт/1000 *4 200 час/ /1,163 = 50,56 Гкалл в год.
Продолжительность периода кондиционирования примем 2 930 час в год, т.е. потребность коттеджа в кондиционировании составит 15 кВт/1000*2930/1,163 = 37,79 Гкалл в год.
Потребление тепла на ГВС круглогодично и составит 3кВт/1000*8760час/1,163=22,60 Гкалл в год.
Произведём оценку себестоимости 1 Гкалл (1,163 МВт*час) тепловой/ холодильной энергии, вырабатываемой системой «газовый котёл + кондиционер (сплит-система)» или тепловым насосом схемы «вода – вода» («топливная» энергетическая составляющая себестоимости).
Система «газовый котёл + кондиционер (сплит-система)».
Газовый котёл (выработка тепла):
Теплота сгорания природного газа составляет 7950 ккал/куб.м. Для получения 1 Гкалл тепла необходимо сжечь 126,79 куб.м газа. Реальный КПД агрегата «газовый котёл + горелка» равен 0,95 х 0,90 = 0,86, что потребует для получения 1 Гкалл тепла сжигания 126,79 / 0,86 = 148,29 куб.м газа.
Стоимость 1 куб.м газа на 01.06.2011г. для потребителей в Сочи составляет 3,82руб, т.е. стоимость газа для получения 1Гкалл тепла составит 148,29 х 3,82 = 566,47 руб.
Стоимость газа на отопление и ГВС за год составит: (50,56 +22,60) * 566,47руб = 41 443 руб.
Сплит - система (выработка холода):
Коэффициент холодильной эффективности сплит - системы составляет 2,5 , т.е. для выработки 1Гкалл холода потребует 465,2 кВт*час электроэнергии.
Стоимость 1 квт*час электроэнергии на 2011г. для рассматриваемого потребителя в Сочи составляет 2,14руб (одноставочный тариф) т.е. стоимость выработки 1Гкалл холода сплит - системой составит: 465,2 х 2,14 = 995,53 руб.
Стоимость эл.энергии на кондиционирование за год составит: 37,79 *995,53 руб = 37 621 руб.
ИТОГО: стоимость энергоресурсов системы «газовый котёл + сплит» за год составит 79 064 руб.
Тепловой насос схемы «вода–вода» (тепло/холод).
Коэффициент преобразования теплового насоса схемы «вода – вода» составляет 5,0. Для выработки 1Гкалл тепла/холода тепловой насос потребует 232,6 кВт*час электроэнергии.Т.е. стоимость выработки 1Гкалл тепла/холода тепловым насосом составит 232,6 х 2,14 = 497,76 руб.
ИТОГО: стоимость эл.энергии на отопление, ГВС и кондиционирование за год системы ТНУ схемы «вода-вода» составит: (50,56 +22,60 + 37,79) * 497,76 руб = 55 226 руб.
Отсюда следует вывод, что годовая экономия на стоимости энергоресурсов при круглогодичной эксплуатации коттеджа и при условии применения ТНУ «вода-вода» вместо системы «газовый котёл + кондиционер» составит 23 838 рублей.
При использовании в «летний» период года режима работы ТНУ «пассивное кондиционирование» указанная экономия может увеличиться до 32 000 рублей.
При переходе на двухставочный тариф потребления электроэнергии стоимость «ночного» 1кВт*час составит 1,70 руб., что даст дополнительную экономию в стоимости работы как ТНУ, так и сплит-системы, но учитывая круглогодичный режим работы ТНУ, выгода от её использования увеличится ещё на 10 - 15% по сравнению с системой «газовый котёл + сплит-система» и составит не менее 35 000 руб.
Ориентировочные оценки стоимости основного, дополнительного оборудования и выполнения необходимых работ по строительству и пуску системы тепло/холодоснабжения на базе ТНУ приведены в приложении.
Качественные характеристики систем с использованием тепловых насосов.
Тепловые насосы являются наиболее прогрессивной энергогенерирующей технологией на сегодняшний день:
- Обладают высокой степенью энергосбережения, энергоэффективности, ТНУ «вода-вода» на 1 кВт потреблённой электроэнергии вырабатывает более 5 кВт тепловой или холодильной энергии.
- При абсолютной экологичности (нет шума, вибрации, «вони», огня) обладает высокой степенью пожаро-взрывобезопасности т.к. нет процессов горения топлива и выбросов продуктов сгорания.
- Не требует прокладки топливных (газовых) магистралей и систем дымоудаления и соответствующих затрат.
- Имеет высокую надёжность (в основе работы лежит цикл холодильной машины и её характерные агрегаты..), ресурс не менее 15-ти лет.
- Работает автоматически, легко регулируется и контролируется как бытовой холодильник, не требует постоянного присутствия человека.
- Не требует специальных помещений, может располагаться в любом свободном месте объекта – в подвале, в квартире, на крыше, чердаке.
- Для южных регионов (Краснодарский край, Сочи) технология особенно актуальна т.к. обладает качеством «обратимости» рабочего процесса, что позволяет одним агрегатом решать вопросы тепло и холодоснабжения объекта.
- Обладает свойством «универсальности», когда при работе в режиме кондиционирования выполняется утилизация тепла на подогрев воды для ГВС.
Тепловые насосы имеют широкое применение во всех развитых странах Европы, Америки, включая страны юго-восточной Азии и Африки.
Что и кто препятствует активному внедрению теплонасосных технологий в России:
- относительно низкая стоимость топливных ресурсов длительное время не востребовала новых энергоэффективных технологий, в настоящее время ситуация меняется;
- отсутствие внятной государственной политики на стимулирование энергоэффективности и энергосбережения в промышленности и быту:
- отсутствие в России производств по выпуску ТНУ, что ведёт к закупке этой техники за рубежом по относительно высоким ценам;
- отсутствие в энергетике достаточного количества специалистов знающих, понимающих и умеющих практически внедрять инновационные технологии;
- активное сопротивление «газового лобби», не желающего упускать из своих рук существенный сектор энергетического рынка;
- слабая просветительская и рекламная работа среди населения инновационных компаний по причине ограниченности финансовых и кадровых ресурсов.
В настоящее время в России эксплуатируется несколько тысяч ТНУ различных схем и мощностей (от 5 кВт до 10 МВт ) , имеются установки, работающие с начала 90-х годов прошлого века, но особенно активно ТНУ стали внедряться последние 10 лет, что связано с ростом цен на энергоресурсы и развитием рыночных отношений в экономике.
