Примеры применения «ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ».

Экспериментальный энергоэффективный дом в Никулино-2 (Москва).

В Москве, в микрорайоне Никулино-2 фактически впервые была построена теплонасосная система горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома. Этот проект был реализован в 1998-2002 годах Министерством обороны РФ совместно с Правительством Москвы, Минпромнауки России, Ассоциацией "НП АВОК" и ОАО "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" в рамках "Долгосрочной программы энергосбережения в г. Москве". Проект выполнен под научным руководством доктора технических наук, член-корреспондента РААСН Ю. А. Табунщикова.

Тепловой узел горячего водоснабжения запроектирован на каждую секцию жилогодома, содержащую 64 квартиры и рассчитанную на 224 жителя. Число этажей – 17. Тепловой узел горячего водоснабжения предназначен для подогрева водопроводной воды до температуры, предусмотренной СНиП 2.04.01-85*.

Нагрузка горячего водоснабжения:

Максимальный часовой расход горячей воды, м.куб.\час – 4.47, соответствующая тепловая нагрузка, кВт. – 282.

Средний за сутки часовой расход горячей воды, м.куб.\час – 1,07, соответствующая тепловая нагрузка, кВт. – 79,2.

Как видно по суточному графику разбора воды, максимальная нагрузка почти вчетверо превышает среднюю. Из соображений снижения капитальных затрат на наиболее дорогое оборудование (тепловые насосы), была принята схема с суточными аккумуляторами горячей воды. Расчетный срок окупаемости за счет экономии эксплуатационных затрат 4 года.

В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для испарителей тепловых насосов используется тепло грунта поверхностных слоев Земли, а также тепло удаляемого вентиляционного воздуха. Такая система также допускает использование в качестве низкопотенциального источника тепловой энергии тепло сточных вод. Установка для подготовки горячего водоснабжения расположена в подвале здания. Она включает в себя следующие основные элементы:  

- парокомпрессионные теплонасосные установки (ТНУ);  

- баки-аккумуляторы горячей воды;  

- системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта и низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха;  

- циркуляционные насосы, контрольно-измерительную аппаратуру.

Основным теплообменным элементом системы сбора низкопотенциального тепла грунта являются вертикальные грунтовые теплообменники коаксиального типа, расположенные снаружи по периметру здания. Эти теплообменники представляют собой 8 скважин глубиной от 32 до 35 м каждая, устроенных вблизи дома.

Система сбора низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха предусматривает устройство в вытяжных вентиляционных камерах теплообменников-утилизаторов, гидравлически связанных с испарителями теплонасосных установок. В этом случае обеспечивается более глубокое охлаждение вытяжного воздуха и использование его тепла в тепловых насосах для получения горячей воды.

Система решена следующим образом. Из вентиляционных шахт удаляемый воздух собирается в коллектор и из него вытяжным вентилятором прогоняется через теплообменник-утилизатор, охлаждается и выбрасывается в атмосферу. Теплообменник-утилизатор связан с испарителем теплового насоса промежуточным контуром при помощи циркуляционного насоса. От конденсатора теплового насоса полезное тепло отводится в систему горячего водоснабжения.

Поскольку режим работы тепловых насосов, использующих тепло земли и тепло удаляемого воздуха, постоянный, а потребление горячей воды переменное, система горячего водоснабжения оборудована баками-аккумуляторами.

Энергоэффективная сельская школа в Ярославской области.

Теплоснабжение с помощью тепловых насосов относится к области энергоэффективных и энергосберегающих экологически чистых технологий и получает все большее распространение в мире. Расширяется опыт применения тепловых насосов и в России. Одним из таких объектов является сельская школа в Ярославской области, введенная в эксплуатацию в сентябре 1998 года в деревне Филиппово Любимского района (рис. 1, 2). Фактически это первая в России сельская школа, оборудованная теплонасосной системой теплоснабжения, использующей низкопотенциальное тепло грунта поверхностных слоев Земли. Технология теплоснабжения школы была разработана ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ», теплонасосное оборудование изготовлено и смонтировано ФГУП «Рыбинский завод приборостроения», проектирование школы осуществлено ОАО «Ярославгражданпроект».

Рис. 1. Энергоэффективная сельская школа в Ярославской области.

Рис. 2. Фасад школы.

Здание школы представляет собой двухэтажное кирпичное строение из силикатного кирпича площадью = 950 м², объемом = 6900 м³, с толщиной стен 640–680 мм, площадью оконных и дверных проемов = 230 м² и = 20 м² соответственно. Здание имеет техническое подполье и двускатную крышу с чердачным перекрытием. Школа расположена на окраине д. Филиппово, примерно в 100 км от Ярославля, и рассчитана на 162 учащихся и 20 преподавателей. В таблице приведены расчетные нагрузки на системы жизнеобеспечения школы.

Основным фактором, фактически определившим технологию и конфигурацию теплоснабжения школы, был значительный дефицит свободной электрической мощности в дневное время суток. В итоге была создана аккумуляционная теплонасосная система теплоснабжения, максимально вписанная в суточный график электропотребления школы и использующая высвобождающиеся ночью электрические мощности и ночной тариф на электроэнергию для аккумулирования тепловой энергии в водяных баках-аккумуляторах.

В качестве источника тепловой энергии низкого потенциала для испарителей тепловых насосов используется грунт поверхностных слоев Земли. Основным теплообменным элементом системы теплосбора являются вертикальные грунтовые теплообменники коаксиального типа. При устройстве в грунте вертикальных регистров труб с циркулирующим по ним теплоносителем, имеющим пониженную относительно окружающего грунтового массива температуру, происходит отбор тепловой энергии от грунта и отвод ее в испаритель теплонасосной установки.

Теплонасосная станция (Рис.3-4) расположена в отдельно стоящем здании теплового пункта, которое ранее планировалось для размещения угольной котельной. В этом же здании в цокольном этаже размещена холодильная камера для школьной столовой, охлаждаемая от теплонасосных установок.

Теплонасосная система теплоснабжения школы включает следующие основные элементы:

- теплонасосные установки АТНУ-15;

- баки-аккумуляторы АКВА-3000, в каждом из которых установлено три ТЭНа по 9 кВт с таймерами;

- систему сбора низкопотенциального тепла грунта – восемь вертикальных грунтовых теплообменников – термоскважин глубиной 40 м каждая, расположены снаружи вокруг здания теплового пункта на расстоянии 3 м от стен;

- циркуляционные насосы, контрольно-измерительную аппаратуру.

Теплонасосная система теплоснабжения школы эксплуатируется уже в течение четырех отопительных сезонов. Ежегодно, перед началом отопительного сезона, специалистами ФГУП «Рыбинский завод приборостроения» проводятся регламентные работы, а ежемесячно в течение отопительного периода – контрольные осмотры работающего оборудования. Кроме того, тепловой узел оснащен контрольно-измерительной аппаратурой (тепловыми и электрическими счетчиками), с помощью которой ведется постоянный мониторинг эксплуатационных режимов школы.

Теплонасосная система теплоснабжения школы обеспечивает экономию энергии от 30 до 45 %, что позволило за четыре года эксплуатации сэкономить около 60 т у.т.

Хотелось бы отметить, что проблема рационального использования топливно-энергетических ресурсов в ЖКХ является сегодня одной из важнейших для России. Введение в России элементов рыночной экономики, повышение цен на традиционное топливо и связанные с этим трудности в топливоснабжении населенных пунктов в значительной мере обострили проблемы теплоснабжения, в первую очередь, децентрализованных потребителей тепловой энергии в сельской местности. Наиболее экономичным представляется комплексное решение этой проблемы за счет широкого внедрения новых энергосберегающих технологий теплоснабжения, максимально использующих возможности существующей инфраструктуры и инженерных сетей.