Применение теплонасосных систем теплоснабжения
Проблемы энергосбережения и защиты окружающей среды постепенно приобретают глобальный характер. Несомненно, решение этих проблем становится актуальнейшей задачей XXI века. В настоящее время значительная доля потребления энергетических ресурсов расходуется на создание комфортной среды обитания человека в зданиях и сооружениях. Преобладающую роль в создании этой среды играют инженерные системы.
Любое здание является, по сути, заводом по производству комфортных условий обитания человека, а инженерные системы - его основным технологическим оборудованием, потребляющим энергетические и прочие ресурсы.
Однако в отечественной практике на концептуальной стадии проектирования основное внимание уделяется архитектуре. Инженерные системы, создающие среду обитания, рассматриваются на более поздней стадии, что зачастую приводит к неоптимальным техническим решениям.
Передовой мировой опыт уже на стадии концепции рассматривает здание как единый организм со всеми инженерными системами и ставит задачу оптимальной минимизации расхода ресурсов. Это связано с тем, что на мировом рынке потребителя интересуют не только цены на недвижимость, но и величина эксплуатационных расходов.
Кроме того, любое здание в той или иной мере оказывает энергетическое воздействие на окружающую среду - тепловыми потерями, вентиляционными выбросами, сточными водами и т. п. Все это приводит не только к расходу энергетических ресурсов, но и к тепловому загрязнению окружающей среды. Это в полной мере ощущают жители мегаполисов.
В Европейском сообществе стандартом MINERGIE введен термин "пассивное здание", т. е. здание с минимальным энергетическим воздействием на окружающую среду. Эффективность таких зданий обеспечивается следующими мероприятиями:
- рациональные архитектурно-планировочные решения по конфигурации зданий и сооружений и расположению их на местности;
- применение энергосберегающих ограждающих конструкций;
- использование энергосберегающей системы вентиляции, в том числе с возможностью рекуперативного подогрева приточного воздуха вытяжным;
- создание рациональной системы отопления с применением автоматизированных узлов управления и учета тепловой энергии;
- использование вторичных энергетических ресурсов - теплоты вентиляционных выбросов, сточных вод, сбросной теплоты производственных процессов и т. п. - для целей теплоснабжения;
- использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии - энергии солнца и ветра, низкопотенциальной теплоты грунта.
Реализация таких технических решений значительно повышает роль инженерных систем в здании. Поэтому принципиальные инженерные решения должны быть выбраны уже на ранних стадиях.
Ключевую роль в использовании вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии играют теплонасосные системы теплоснабжения, позволяющие переводить тепловую энергию низкого температурного потенциала на более высокий (потребительский) уровень температуры.
Теплонасосные системы теплоснабжения получили широкое распространение в мире (только в странах Европейского союза их количество достигло сотен тысяч).
В 2001 г. Московский комитет по архитектуре и строительству выпустил руководящий материал по применению подобных систем - "Руководство по применению тепловых насосов с использованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии".
В 2004 г. вступила в строй экспериментальная автоматизированная теплонасосная установка (АТНУ) подогрева исходной водопроводной воды для газовых котлов районной тепловой станции №3 (РТС-3) г. Зеленограда (фото). Ее тепловая мощность - 2 000 кВт. Особенность ее в том, что в качестве низкопотенциального источника теплоты используются неочищенные сточные воды расположенной неподалеку главной канализационно-насосной станции (ГКНС). На рисунке приведена принципиальная схема установки.
Неочищенные сточные воды из приемного резервуара ГКНС, имеющие температуру +20 0С, по трем ветвям подаются фекальными насосами (5а, 5б и 5в) через трубопроводы (Т5) напорной канализации в теплообменник-утилизатор, где отдают теплоту промежуточному теплоносителю (воде). Суммарный расход сточных вод - 400 куб. м в час. При этом они охлаждаются до температуры +15,4 0С, а затем по трубопроводу (Т6) возвращаются в резервуар. Промежуточный теплоноситель от тепловых насосов (ТН) с температурой +7 0С подается в теплообменник-утилизатор циркуляционными насосами (3а и 3б, насос 3в - резервный) и возвращается с температурой +13 0С.
Из цеха водоподготовки РТС-3, из водовода подачи водопроводной воды (В1), в ТТУ подается подпиточная вода. Температура воды в течение года колеблется от +3 до +20 0С. Для поддержания постоянного режима работы ТН вода подается к трехходовому регулирующему клапану (2) прямого действия, соединяющему подающий трубопровод (Т3) с байпасом (Т5) подачи нагретой воды после ТН. Трехходовой клапан (2) автоматически поддерживает за собой постоянную температуру на уровне +23 0С. Далее циркуляционным насосом (4а или 4б) вода подается в конденсаторы тепловых насосов, где нагревается хладоном до температуры +30 0С и возвращается по трубопроводу (Т4) в цех водоподготовки, в тот же водовод подачи воды из водопровода (В1), что позволяет исключить влияние работы подпиточных насосов цеха водоподготовки на режим работы ТН. Тепловая мощность, передаваемая в цех водоподготовки, составляет 2 070 кВт. Расход подаваемой нагретой воды колеблется в пределах от 177,9 до 70 куб. м в час. Изменение расхода осуществляется автоматически в зависимости от температуры воды в водопроводе за счет работы трехходового клапана (2).
Использование теплоты неочищенных сточных вод весьма перспективно, т. к. при любой канализационно-насосной станции можно создать теплонасосный тепловой узел для теплоснабжения как самих станций, так и расположенных поблизости зданий и сооружений.
Однако эта технология пока не получила широкого распространения из-за понятных технических сложностей, связанных со значительным содержанием в воде примесей, взвесей и даже мелких предметов.
При создании АТНУ в Зеленограде удалось решить эту проблему с помощью уникального, но простого по конструкции, теплообменника-утилизатора. Эксплуатация в течение семи месяцев показала его надежность и эффективность.
Элементная база для создания теплонасосных систем теплоснабжения имеется - на отечественном рынке представлен широкий спектр современного надежного оборудования, что позволяет создавать самые разнообразные теплонасосные системы. Основная задача - выбрать и рассчитать оптимальную схему, органично вписанную в конкретный объект или застройку.
Теплонасосные системы теплоснабжения уже сегодня успешно конкурируют с системами на электрических и жидкотопливных котлах, срок окупаемости затрат - от 3 до 5 лет. Экономическая эффективность подобных энергосберегающих и экологически чистых систем будет возрастать по мере роста тарифов на энергоносители и ужесточения экологических требований, подкрепленных экономическими рычагами.
В заключение стоит еще раз подчеркнуть, что создание современных энергосберегающих зданий и сооружений диктует возрастающую роль инженерных решений при проектировании объектов различного назначения.
| Автор: И. М. Абуев Дата: 24.03.2005 Журнал Стройпрофиль 2-1-05 Рубрика: теплоснабжение. жкх. отопительные системы Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |