Как известно, экономически обосновать применение теплонасосного оборудования для нужд тепло- и холодоснабжения зданий можно только в тех случаях, когда на объекте отсутствуют привычные виды топлива, типа природного газа, для обогрева в отопительный период используются электрокотлы, а о кондиционировании воздуха заказчик даже не позволяет себе мечтать, боясь дополнительных расходов. Если добавить к этому стремление экономить на каждом этапе строительства, в том числе на эффективной тепловой защите зданий, в лучшем случае приводя её к нормативному уровню, а возросшие затраты по эксплуатации здания просто перекладывать на будущих собственников, картина только ухудшается. Кроме того, не стоит сбрасывать со счетов традиционную «нелюбовь» проектировщиков к низкотемпературным системам отопления, наиболее эффективным при использовании тепловых насосов. Всё это может практически «поставить крест» на широком внедрении ТНУ при массовом строительстве.
Ростовская область обладает всеми перечисленными недостатками для популяризации теплонасосных технологий. В первую очередь, это широкий охват газоснабжением территории, начало строительства в 2015 году 16 новых межпоселковых газопроводов с потенциальным подключением более 8000 новых потребителей. Для активного развития газоснабжения планируется реконструкция восьми маломощных газораспределительных станций, в том числе в Шахтах, Гуково, Новошахтинске и станице Старочеркасской.
В большинстве областей нашей страны развитие использования тепловых насосов возможно преимущественно в комбинированных схемах, где присутствуют и тепловые насосы, и традиционные газовые котлы, и солнечные коллекторы для поддержки системы отопления и горячего водоснабжения
Очевидно, что в условиях Ростовской области развитие использования тепловых насосов возможно преимущественно в комбинированных схемах, где присутствуют и тепловые насосы, и традиционные газовые котлы, и солнечные коллекторы для поддержки системы отопления и горячего водоснабжения. В этой связи для подготовки специалистов в Ростовском государственном строительном университете созданы весьма благоприятные условия. Во-первых, это кадровый потенциал, команда единомышленников, более чем 50-летний опыт выпуска специалистов в области теплогазоснабжения и вентиляции. Во-вторых, специализированная лабораторная база. Силами специалистов кафедры теплогазоснабжения и компании «Вайлант Груп Рус» создан специализированный класс с разработанной специально для изучения режимов работы ТНУ в комбинированной схеме тепло- и холодоснабжения здания. В состав установки входит не только геотермальный тепловой насос, но и гелиоустановка, конденсационные и традиционные отопительные водогрейные котлы, аккумуляторы тепла, системы низкотемпературного отопления и пр.
Экспериментальная установка позволяет оценить влияние различных факторов на все характеристики, на решение комплексной задачи их оптимизации и обеспечения наибольшей термодинамической эффективности цикла теплонасосных установок, анализ условий их применения, а также совершенствование методик расчёта и экспериментального исследования реальных установок. Комбинированная схема тепло- и холодоснабжения позволяет проводить экспериментальные исследования по моделированию использования низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоёв земли в геотермальных теплонасосных системах, эксперименты по моделированию теплового режима зданий, давать оценку компоновочных, технических и технологических решений рациональной интеграции геотермальных теплонасосных систем в комбинированные схемы тепло- и холодоснабжения зданий и т.д. Ключевым аспектом является изучение влияния экономических факторов на сроки окупаемости принимаемых инженерных решений.
На стенде отрабатываются основные режимы эффективного сжигания топлива, в том числе с использованием теплоты конденсации водяных паров. Моделируются климатические условия и изучается эффективность использования гелиоустановок для нужд горячего водоснабжения зданий. Также исследуется эффективность использования теплового насоса в комбинированной схеме тепло- и холодоснабжения при заданной тепловой нагрузке. Достоверность данных обеспечивает комплекс измерительной аппаратуры, внесённой в реестр средств измерений.
Внешний вид экспериментальной установки представлен на фото 1-3.
В процессе обучения последовательно рассматриваются следующие схемы включения оборудования:
1. Принципиальная схема традиционной системы отопления с включением котла (используется котёл, расширительный бак буферного накопителя, буферный накопитель, насосная группа, биметаллический радиатор, бак с проточной водой).
2. Принципиальная схема водяного панельно-лучистого отопления (тёплый пол) с включением котла (используется котёл, расширительный бак буферного накопителя, буферный накопитель, насосная группа, элемент тёплого пола).
3. Принципиальная схема водяного панельно-лучистого отопления (тёплый пол) с включением гелиосистемы (используется солнечный коллектор, расширительный бак гелиосистемы, водонагреватель бивалентный, расширительный бак буферного накопителя, буферный накопитель, насосная группа, элемент тёплого пола).
4. Принципиальная схема водяного панельно-лучистого отопления (тёплый пол) с включением гелиосистемы и теплового насоса (используется солнечный коллектор, расширительный бак гелиосистемы, водонагреватель бивалентный, тепловой насос вида «рассол-вода», расширительный бак буферного накопителя, буферный накопитель, насосная группа, элемент тёплого пола).
5. Принципиальная схема воздушного отопления с включением котла (используется котёл, расширительный бак буферного накопителя, буферный накопитель, насосная группа, элемент воздушного отопления).
6. Принципиальная схема воздушного отопления с включением гелиосистемы (используется солнечный коллектор, расширительный бак гелиосистемы, водонагреватель бивалентный, расширительный бак буферного накопителя, буферный накопитель, насосная группа, элемент воздушного отопления).
7. Принципиальная схема воздушного отопления с включением гелиоустановки и теплового насоса (используется солнечный коллектор, расширительный бак гелиосистемы, водонагреватель бивалентный, тепловой насос вида «рассол-вода», расширительный бак буферного накопителя, буферный накопитель, насосная группа, элемент воздушного отопления).
Для успешной подготовки бакалавров и магистров, переподготовки и повышения квалификации специалистов разработан комплекс лабораторных работ по изучению устройства и принципа работы двухконтурного водогрейного отопительного котла, конденсационного водогрейного отопительного котла, одноконтурного конденсационного водогрейного отопительного котла с бойлером системы горячего водоснабжения, гелиосистемы для приготовления горячей воды, грунтового теплового насоса, системы управления отоплением
Для успешной подготовки бакалавров и магистров, переподготовки и повышения квалификации специалистов разработан комплекс лабораторных работ по изучению устройства и принципа работы двухконтурного водогрейного отопительного котла, конденсационного водогрейного отопительного котла, одноконтурного конденсационного водогрейного отопительного котла с бойлером ГВС, гелиосистемы для приготовления горячей воды, грунтового теплового насоса, системы управления отоплением. Кроме того, студенты проводят исследование эффективности работы всех типов перечисленного оборудования. Исследование на лабораторном стенде термодинамической эффективности цикла теплонасосной установки, а также существующих методов её повышения позволяет проводить разработку, совершенствование и применение методологического аппарата для расчётов годового энергопотребления, нестационарных температур и тепловых потоков в грунте в зоне прокладки теплообменников и т.д.
