В условиях, когда в массе городов разрушена система централизованного теплоснабжения, восстановление системы централизованного теплоснабжения часто экономически нецелесообразно и необоснованно. Восстановление больших котельных и тепловых сетей, при отсутствии эксплуатации последних на протяжении нескольких лет, требует значительных, а часто экономически необоснованных капитальных затрат. С целью эффективного использования оборудования и увеличения объемов экономии топливно-энергетических ресурсов, в настоящее время актуальны разработка и внедрение солнечно-электрических аккумуляционных систем теплоснабжения. Известна масса различных вариантов организации внедрения солнечно-электрического теплоснабжения. Один из них — использование электроэнергии в часы провалов нагрузок на энергосистему, а также использование льготной оплаты в тарифах. Такая схема позволяет снизить стоимость внедрения системы для конкретного потребителя, а также затраты на ее эксплуатацию. Здравомыслящие потребители понимают, что система с низким энергопотреблением и дешевым обслуживанием — это удачное размещение капитала. Обо всем этом мы подробно рассказали в статье «Комбинированная солнечно-электрическая система теплоснабжения» (КСЭС) в журнале «С.О.К.» №12/2006. В качестве примера там рассматривалось здание детского сада с отопительной площадью 1300 м2, внедрение КСЭС в котором со сроком окупаемости 3,68 лет было признано энергоэффективным. Теперь рассмотрим другую технологию. Комбинированное использование энергии солнца повышает эффективность внедряемой системы. Особенностью проекта, который мы рассмотрим в этой статье, является комбинирование двух источников электроаккумуляционного теплоснабжения — теплового насоса и электрокотла. На данном объекте электрокотел работает как вторая ступень теплового насоса (когда мощности теплового насоса недостаточно) и включается по таймеру только в часы провалов в графиках электрических нагрузок («ночной» тариф). Комбинированная система солнечноэлектрического аккумуляционного теплоснабжения (КСАС) предназначенадля обеспечения трех сооружений усадьбы площадью 250 м2 отоплением, горячим водоснабжением, охлаждением, а также подогрева воды в бассейне. ❏ нагрузка на отопление — 22 кВт; ❏ нагрузка на ГВС — 5 кВт; ❏ нагрузка на подогрев воды в бассейне — 10 кВт; ❏ нагрузка на охлаждение — 18 кВт. Предлагаемое техническое решение состоит в следующем. В теплопункте здания устанавливаются электрокотел, тепловой насос и комбинированный буфер-накопитель. На крыше устанавливаются солнечные коллекторы (гелиосистема). Площадь гелиосистемы зависит от нагрузки на нужды ГВС и подогрев воды в бассейне, климатических данных местности, где расположен объект внедрения. Исходя из расчетов, для покрытия тепловых нагрузок и экономии энергоносителей, принято следующее базовое оборудование: ❏ солнечный коллектор — 6 шт.; ❏ буфер-накопитель емкостью 1500 л — 1 шт.; ❏ тепловой насос мощностью 18 кВт — 1 шт.; ❏ электрокотел мощностью 20 кВт — 1 шт. Краткая техническая характеристика солнечных коллекторов, которые задействованы в системе: ❏ КПД — 84 %; ❏ коэффициенты тепловых потерь: К1 = 3,36 Вт/(м2•К), К2 = 0,013 Вт/(м2•К); ❏ теплоемкость коллектора — 6,4 кДж/ (м2•К); ❏ масса коллектора — 60 кг, объем теплоносителя — 2,2 л. Главный компонент солнечного коллектора — медный поглотитель с гелиотитановым покрытием, который обеспечивает высокий уровень поглощения солнечной энергии и характеризуется незначительным уровнем тепловых потерь. На поглотителе установлена медная трубка, через которую протекает теплоноситель. Теплоноситель через медную трубку отбирает тепло от поглотителя, который защищен корпусом коллектора (с усиленной теплоизоляцией), тем самым обеспечивает минимальные потери тепла коллектора. Коллектор покрыт гелиостеклом с низким составом железа, что позволяет снизить потери тепла в окружающую среду. Технологическая схема и подбор оборудования разработаны с учетом технических характеристик оборудования, климатических данных, ориентации здания и соответсвенно ориентация установки солнечных коллекторов, сезонности использования коллекторов, системы автоматизации, которая контролирует параметры и обеспечивает комфортные условия проживания, при этом оптимизирует эксплуатационные затраты. КСАС функционирует в автоматическом режиме и после наладки не требует вмешательства в ее работу. Учитывая, что имеющаяся система теплоснабжения имеет три режима эксплуатации (режим накопления тепловой энергии, рабочий режим и экономичный режим), то с целью снижения потребления энергоносителей, по заданному на контроллере алгоритму, построены режимы накопления и расхода тепловой энергии на потребности отопления, подогрева воды в бассейне и ГВС. Технологическая схема теплохладоснабжения КСАС приведена на рис. 1, функционирует следующим образом. Накопление тепла в буфере-накопителе (БН) происходит от трех источников теплоснабжения: гелиосистемы, теплового насоса и котла. ❏ Тепловая энергия в БН 3 накапливается с помощью солнечной энергии. Если разница температур, которая регистрируется датчикомтемпературы солнечного коллектора и датчиком температуры, установленным в нижней части БН 3, превышает установленную на контроллере температуру, то включается циркуляционный насос гелиоконтура 13 — происходит накопление тепла в БН 3. Отключение гелиосистемы происходит при достижении температуры, которая измеряется датчиком температуры БН 3. ❏ Тепловой насос (ТНУ) 1 вступает в работу, когда температура, которая измеряется датчиком температуры БН 3, ниже установленной на контроллере. Отключение ТНУ 1 при достижении температуры, которая измеряется датчиком температуры БН 3, выше установленной на контроллере. Тепловой насос (ТНУ) 1 включается по таймеру в часы «провалов» в тарифах — это «полупиковая» и «ночная» зоны. ❏ Котел 2 вступает в работу по таймеру в часы «провалов» в тарифах на электроэнергию, только в «ночной» зоне, в случае, когда температура, которая измеряется верхним датчиком температуры БН 3, ниже установленной на контроллере. При этом вступает в работу тепловой насос 1. Если через отрезок времени, установленного на контроллере, когда температура, которая измеряется верхним датчиком температуры БН 3, не достигнет заданной, вступает в работу электрокотел — происходит аккумулирование тепловой энергии в ночные часы. Отключение котла 2 происходит, когда температура, которая измеряется датчиком температуры БН 3, достигнет установленной контроллером температуры. ❏ В случае, когда температура, которая измеряется верхним датчиком БН 3, выше заданного на контроллере значения температуры (нагрев БН 3 гелиосистемой достаточен), то ни ТНУ 1, ни котел 2 не вступают в работу. В этом случае система теплопотребления обеспечивается теплом от БН 3. Система отопления Отбор тепла при необходимости происходит от БН 3. При этом включаются насосы 4 и 5. На отопительные приборы тепло поступает от БН 3. Регулирование температуры теплоносителя в системе отопления — централизованное (погодозависимое регулирование) и местное (на отопительных приборах). Если температура в БН 3 выше, чем необходимо в системе отопления, то путем подмешивания теплоносителя из обратного трубопровода системы отопления, поддерживается необходимая температура на отопительных приборах. Горячее водоснабжение Отбор тепла для нужд ГВС происходит от БН 3. Температура в контуре ГВС в межотопительный период обеспечивается гелиосистемой и ТНУ 1, а в отопительный период — гелиосистемой, котлом 2 и ТНУ 1. Охлаждение помещений Летом охлаждение помещений здания происходит использованием функции теплового насоса 1 natural cooling, путем непосредственного использования теплоемкости грунта с температурой 8–12 °С в качестве источника «натурального охлаждения» помещений, не включая компрессор ТНУ 1. При этом включается насос первичного контура ТНУ 1, а трехходовой клапан с электроприводом 9 устанавливается в положение «АВ–В». При условии, когда холода грунта недостаточно (нештатные климатические и эксплуатационные ситуации), включается компрессор ТНУ 1, и рассол из скважин дополнительно охлаждается тепловым насосом. Нагрев воды для плавательного бассейна Отбор тепла для нужд бассейна происходит от гелиосистемы, когда последняя нагрела воду для нужд ГВС. При этом трехходовой клапан с электроприводом 10 устанавливается в положение «А–В». Отбор тепла от гелиосистемы происходит от скоростного теплообменника 6 при включении насоса контура нагрева бассейна. При недостаточной интенсивности солнечной радиации бассейн догревается от БН 3. Отбор тепла от БН 3 происходит через скоростной теплообменник 7 при включении насоса контура бассейна.
1. Лантух Н.Н., Щербатый В.С., Агеева Г.М. Комбинированная солн ечноэлектрическая система теплоснабжения / Журнал «С.О.К.», №12/2006. 2. Лантух Н.М., Онищук Г.И., Агеева Г.М., Щербатый В.С. Позитивний досвід використання геліосистем в житловому фонді України / Реконструкція житла. — Вип. 6. — 2005. 3. ДБН В.2.5 — Обладнання будинків житлового і громадського призначення системами сонячного теплопостачання. Проектування, монтаж, експлуатація (проект) / Держбуд України, 2005. 4. Методичні рекомендації з обґрунтування техніко-економічної доцільності застосування альтернативних джерел енергії на об’єктах житловогромадського будівництва, схвал. НТР Держбуду України 10.02.2005. 5. ТП технические решения и методические рекомендации по переоборудованию отопительных котельных в гелиотопливные установки для строительства в южных областях УССР (903-01-33.88; кат. л. №060923). 6. Кабінет Міністрів України Розпорядження від 28 вересня 2006. №502-р «Про переведення населених пунктів на опалення електроенергією».
