Використання низькопотенціальних альтернативних джерел енергії для енергопостачання будинків

До найпоширеніших низькопотенціальних (слабонагрітих) альтернативних джерел енергії для енергопостачання будинків відносять: воду (ґрунтову, відкритих джерел, геотермальну, підігріту стічну), повітря та грунт (рис. 9.17). Безпосереднє використання теплоти цих джерел для теплопостачання будинків у більшості випадків економічно недоцільне і, тому на практиці для підняття їх потенціалу додатково застосовують теплові насоси (рис. 9.16).

Рис. 9.16 - Схема роботи теплового насоса

Принцип роботи теплового насосу (рис. 9.16) аналогічний принципу роботи холодильної шафи, але його призначення – прямо протилежне. У компресійному тепловому насосі внаслідок підведення тепла від джерела теплової енергії (наприклад, грунтові води, грунт, повітря, сонячні установки тощо) відбувається випаровування холодоагенту у випарнику при низькій температурі та низькому тиску.

Рис. 9.17 - Схема використання низькопотенціальних джерел енергії для теплопостачання будинків: низькопотенціальні джерела енергії: Ί – грунт; 2 – грунтові води; З – вода відкритих водойм; 4 – повітря; теплоспоживачі: 5 – система опалення через опалювальні прилади; 6 – теж саме, «тепла підлога»; 7 – система гарячого водопостачання

У компресорі за рахунок механічної енергії здійснюється стискання холодоагенту, при цьому температура і тиск пари підвищуються. Через підвищення тиску підвищується також температура кипіння холодоагенту. У другому теплообміннику (конденсаторі) при високій температурі, споживачеві тепла віддається тепло випаровування (наприклад, опалювальним контуром), яке було сприйняте при низькій температурі у випарнику. Потім у регулюючому клапані (дроселі) рідкий холодоагент знову дроселюється до низьких значень температури і тиску на вході до випарника.

Найважливішим критерієм доцільності використання теплового насосу є так званий робочий коефіцієнт (відношення генерованої тепловим насосом теплової енергії до спожитої у вигляді електричного струму кількості енергії). Так, приміром, 81 кВттод теплоти при спалюванні газу, перетворювані на електростанції на 25 кВттод електроенергії, в тепловому насосі з робочим коефіцієнтом 4 будуть перетворені на 100 кВттод теплової енергії. Значення робочого коефіцієнта залежить, передусім, від різниці температур джерела тепла і його споживача (температура у трубопроводі подачі теплоносія). Зниження різниці температур на 1 °С зумовлює зменшення споживання струму приблизно на 2,5 %.

Достатньо зручним джерелом теплоти для теплових насосів є вода, яка забезпечує найбільші значення коефіцієнта передачі теплоти. Так, наприклад, грунтові води впродовж усього року зберігають практично постійну температуру і при використанні теплових насосів для систем опалення «тепла підлога» з температурою води у трубопроводі подачі 35 °С середньорічне значення робочого коефіцієнта становить біля 4 і залишається в раціональних межах навіть при температурі води в трубопроводі подачі 55°С.

Утих випадках, коли використання ґрунтових вод недоцільне, можуть бути використані грунтові колектори (рис. 9.18): горизонтальні (глибина прокладання труб 1-1,5 м) і вертикальні (грунтові зонди із заглибленням 20-150 м), які забезпечують досягнення достатньо високого (приблизно 2,5-3,5) робочого коефіцієнта теплового насоса. У цьому разі температура у трубопроводі подачі системи опалення не повинна перевищувати 45 °С.

Рис. 9.18 - Схема влаштування горизонтального ґрунтового низько потенціального колектора

На новобудовах грунтові колектори можуть прокладатись на ділянках, призначених під насадження фруктових чи інших дерев. Грунтові зонди використовують лише в тому разі, якщо для прокладання ґрунтових колекторів не вистачає площі, а рівень ґрунтових вод настільки низький, що їх недоцільно використовувати у теплових насосах.

Прокладати горизонтальні колектори слід не дуже глибоко (приблизно на 20 см нижче межі промерзання), оскільки в цьому випадку

їх використання найефективніше. Трубопроводи не повинні прокладатися під забудованою площею, відстань від трубопроводів до будівель має становити не менше 1,5 м. Довжина теплообмінних контурів не повинна перевищувати 100 м. Окрім того, важливе значення для якості джерела тепла має тип грунту (найкраще – насичений водою глинистий ґрунт).

Системи з повітряним тепловим насосом мають найпростішу конструкцію (рис. 9.19), проте, внаслідок низької температури джерела тепла у період найбільшої потреби в ньому (взимку) насоси працюють із низьким значенням робочого коефіцієнта і температура у трубопроводі подачі не перевищує 35 °С.

Рис. 9.19 - Схема теплопостачання будинку з повітряним тепловим насосом

При використанні теплових насосів із певним джерелом тепла повинно бути враховано:

· система монтажу має зменшити шум, що виникає при роботі теплового насосу (насос встановлюється на ізоляційних матах із використанням гнучких з'єднань);

· для запобігання частим запускам і зупинкам насосу в циркуляційному контурі має бути передбачено технічний резервуар ємністю 100-300 л.

Дата добавления: 2015-10-24