Проект энергообеспечения энергоэффективного дома для климатических условий города Екатеринбурга

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Строительство
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

712,84 Кб
Опубликовано:

2014-10-17

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Проект энергообеспечения энергоэффективного дома для климатических условий города Екатеринбурга

РЕФЕРАТ

Дипломный проект выполнен с целью создания системы отопления и ГВС жилого загородного дома в поселке Ключевск, Свердловской области с помощью теплового насоса и солнечных коллекторов.

Пояснительная записка содержит 163 листа печатного текста, 48 формул, 19 таблиц, 32 рисунка, 6 графиков,38 литературных источника,

Графическая часть состоит из семи листов формата А1.

Ключевые слова: СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР, ОТОПЛЕНИЕ, ГВС, СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ, ГСОП, ЦИРКУЛЯЦИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ, ТЕПЛОВОЙ НАСОС.

В дипломном проекте рассмотрена возможность применения системы солнечных коллекторов для ГВС в летний период и теплового насоса для отопления и ГВС в зимний для климатических условий Свердловской области.

Перечень листов графических элементов

№ п/п	Наименование	Обозначение	Формат
11	Основные положения	140202.52900811	А1
22	Схемы дома и источников энергии для него	140202.52900811	А1
33	Используемые установки	140202.52900811	А1
44	Исходные данные	140202.52900811	А1
55	Характеристики здания	140202.52900811	А1
66	Технико-экономические характеристики проекта	140202.52900811	А1
77	Солнечный коллектор	140202.52900811	А1

Условные обозначения

СК - солнечный коллектор;

ВСК - вакуумный солнечный коллектор;

ГВС - горячее водоснабжение;

ГСОП - градус-сутки отопительного периода;

ПСК - плоский солнечный коллектор;

САУ - система автоматического управления;

ТО - теплообменный аппарат;

ТИМ - теплоизоляционный материал;

ИНТ- источник низкопотенциального тепла;

ПВТ - приемник высокопотенциального тепла;

НГ - негорючие материалы.

Введение

Энергосбережение и энергоэффективность - являются важнейшими приоритетами эффективного развития экономики страны, что было заявлено Президентом России в его послании Федеральному Собранию.

Энергосбережение - реализация правовых, организационных, научных мер, направленных на уменьшение потерь энергетических ресурсов, и вовлечение в хозяйственный оборот нетрадиционных источников энергии.

Энергоэффективность - достижение максимальной экономически обоснованной величины использования топливно-энергетических ресурсов, при соответствующем уровне развития техники и технологии с одновременным снижением техногенного воздействия на окружающую среду.

Эффективное использование энергии на промышленном предприятии снижает первичную себестоимость продукции, что в свою очередь отражается на ее стоимости. Она в дальнейшем оказывает влияние на ценовую политику и экономический эффект. Поэтому увеличение энергоэффективности производства является важной задачей, решение которой позволит повысить устойчивость экономической системы. Энергосберегающие технологии позволяют добиться экономного использования ресурсов при производстве продукции или оказании услуг (например, в коммунальном хозяйстве). Это в свою очередь также оказывает влияние на механизм ценообразования и развитее экономической системы.

Особое значение отводится роли энергосбережения в коммунальной отрасли, которая является одной из главных потребителей тепловой энергии (30 % от всего объема энергоносителей). Но ввиду несовершенства используемого оборудования и технологий очень велики потери, которые могут достигать 50 - 80 %, вследствие чего увеличивается стоимость тепловых коммунальных энергоносителей и как следствие − рост тарифов. Уменьшение количества теряемого тепла, возможно, при применении более совершенных организационных мероприятий и улучшении теплоизоляционных систем.

Чтобы снизить тепловые потери, необходима точная оценка эффективности работы коммунальных систем, которая может быть проведена на основе анализа теплоизоляции трубопроводов. Это может быть сделано по коэффициенту теплопроводности материала, применяемого для теплоизоляции. Также точное значение коэффициента теплопроводности необходимо при проектировании новых трубопроводов или ремонте и реконструкции уже имеющихся.

К сожалению, в настоящее время отсутствуют точные методики определения теплопроводности материалов. Использование экспериментальных методов во многих случаях является затруднительным. Кроме того, возникают сложности при анализе справочных данных по теплоизоляционным материалам. Для многих из них эти данные являются недостоверными из-за искажения их поставщиками и изготовителями. Для других материалов, эти данные имеют приближенный характер или отсутствуют (огнеупорные материалы, базальтовое волокно и др.).

Теплоизоляция зданий <#"805143.files/image001.gif">

-солнечный коллектор; 2- аккумулятор; 3-теплообменник

Рисунок 2.8

Принципиальные схемы систем солнечного теплоснабжения

Рисунок 2.9

Применение того или иного варианта схемы зависит от характера нагрузки, типа потребителя климатических, экономических факторов и других условий. Рассмотренные на рисунке 2.9 схемы нашли в настоящее время наибольшее применение, так как отличаются сравнительной простотой, надежностью в эксплуатации.

2.2.4 Использование СК в регионах с высоким значением ГСОП

На приведенной карте распределения суммарной солнечной радиации видны регионы, имеющие относительно высокие значения, что позволяет рассматривать их с точки зрения перспектив использования солнечных тепловых коллекторов

Суммарная солнечная радиация на наклонную поверхность (угол наклона на 15 град. меньше широты, июнь-август)

Рисунок 2.10

Данная карта иллюстрирует территории с высокими значениями суммарной солнечной радиации, находящихся в относительно северных широтах (например, Сибирь, Якутия).

При современном уровне технологий сбора солнечной тепловой энергии (к которым относятся технологии вакуумных СК) появляется возможность эффективного использования данного ресурса.

Таблица 2.1

Среднемесячные температуры, °C (по данным “NASA”)

	Москва	Екатерин-бург	Ново-сибирск	Якутия(Челбу)	Омск	Иркутск	Краснодар
Янв.	-9,3	-15,30	-15,8	-35,8	-17,3	-18,8	-0,1
Фев.	-7,7	-13,40	-13,5	-29,9	-16,9	-16,7	0
Март	-2,2	-7,30	-7,2	-17,3	-8,2	-7,4	4,9
Апр.	5,8	2,60	2	-3,1	3,4	1,4	11,8
Май	13,1	10,10	11,8	6,6	11,8	9,3	16,8
Июнь	16,6	15,60	16,9	14,3	17,7	15	20,7
Июль	18,2	17,40	19,3	17,1	19,7	17,5	23,6
Авг.	16,4	15,10	16,3	13,5	16,1	15,1	23,1
Сен.	11	9,20	9,9	6,1	10,5	8,7	17,9
Окт.	5,1	1,30	2,7	-7,3	1,7	0,9	11,4
Ноя.	-1,2	-7,10	-7,6	-23,8	-7,5	-8,4	5
Дек.	-6,1	-13,30	-13,6	-34	-14,4	-16	0,8
Ср.	5	1,24	1,9	-7,7	1,5	0,1	11,4

Таблица 2.2

Дневная сумма солнечной радиации - горизонтальная, кВт·ч/м²/день

	Москва	Екатерин-бург	Новосибирск	Якутия(Челбу)	Омск	Иркутск	Краснодар
Янв.	0,54	0,68	0,69	0,7	0,81	0,96	1,23
Фев.	1,31	1,52	1,37	1,74	1,81	1,94	2,05
Март	2,49	2,93	3,02	3,27	3,28	3,39	2,98
Апр.	3,52	4,38	4,08	4,67	4,31	4,48	4,19
Май	5,04	5,05	5,05	5,24	5,48	5,4	5,56
Июнь	5,56	5,70	5,48	5,83	6,19	5,81	5,85
Июль	5,14	5,30	5,01	5,36	5,76	5,12	6,12
Авг.	4,2	4,01	4,29	4,42	4,44	4,32	5,3
Сен.	2,57	2,65	2,93	2,84	3,02	3,22	4,06
Окт.	1,26	1,43	1,44	1,81	1,61	2,07	2,63
Ноя.	0,53	0,84	0,8	0,92	0,91	1,11	1,5
Дек.	0,33	0,48	0,62	0,44	0,58	0,7	1,02
Ср.	2,7	2,9	2,9	3,1	3,2	3,2	3,5

Таблица 2.3

Градус-сутки отопительного периода, °C·сутки

	Москва	Екатерин-бург	Ново-сибирск	Якутия(Челбу)	Омск	Иркутск	Краснодар
Янв.	846	1008	1048	1668	1094	1141	561
Фев.	720	846	882	1341	977	972	504
Март	626	701	781	1094	812	787	406
Апр.	366	420	480	630	438	498	186
Май	152	220	192	353	192	270	37
Июнь	42	33	111	9	90	0
Июль	0	0	0	28	0	16	0
Авг.	50	90	53	140	59	90	0
Сент.	210	255	243	357	225	279	3
Окт.	400	515	474	784	505	530	205
Нояб.	576	708	768	1254	765	792	390
Дек.	747	908	980	1612	1004	1054	533
Сум.	4735	5733	5934	9375	6082	6518	2825

Сравнительная гистограмма дневных сумм солнечной радиации на горизонтальную поверхность по месяцам для Екатеринбурга и Краснодара

Э, кВт·ч/м2·день

Рисунок 2.11

Сравнительная гистограмма дневных сумм солнечной радиации на горизонтальную поверхность по месяцам для Омска и Краснодара

Э, кВт·ч/м2·день

Рисунок 2.12

Данные таблицы и графики иллюстрируют наличие сравнительно больших значений по суммам солнечной радиации для городов, находящихся в условиях низких среднемесячных температур и соответственно высоких значений ГСОП. Среднегодовые значение дневной суммы солнечной радиации для Якутии, Омска и Иркутска (3.1, 3.2, 3.2 кВтч/м2/день соответственно) сопоставимы со значениями для южных регионов, например, Краснодар (3,5 кВтч/м2/день). Таким образом, можно сделать вывод о целесообразности применения солнечной энергетики в условиях регионов с высоким значением ГСОП при условии использования современных технологий.

2.3 Тепловой насос

.3.1 Принцип действия

Тепловой насос- это термотрансформатор, преобразующий низкопотенциальную энергию окружающей среды, непригодную для использования в отопительных системах, в высокопотенциальную, которая служит для отопления помещений и нагрева воды в системе ГВС. Аналогтеплового насоса- холодильник - сегодня есть в каждом доме. В холодильной камере холодильник забирает тепло от продуктов питания, охлаждая их, и выбрасывает это тепло в окружающую среду через радиаторную решетку на задней стенке. А тепловой насос забирает тепло у окружающей среды и передает его в систему отопления[15].

Схематично тепловой насос можно представить в виде рабочего контура, состоящего из четырех основных элементов, - испарителя, компрессора, конденсатора и сбросного клапана. К рабочему контуру примыкает первичный (внешний) контур, в котором циркулирует рабочее вещество (вода, антифриз или воздух), собирающее тепло окружающей среды, и вторичный - вода в системах отопления и горячего водоснабжения здания.

Испаритель - пластинчатый теплообменник, где с одной стороны циркулирует холодный жидкий хладагент (вещество с низкой температурой кипения, обычно фреон), а с другой стороны на противотоке циркулирует рабочее вещество первичного контура.

Первичный контур - это контур с низкопотенциальной тепловой энергией (энергия, температуры которой недостаточно для непосредственного нагрева отопительного контура). В качестве источника энергии первичного контура может быть использовано тепло грунта (грунтовые зонды с антифризом), грунтовых вод (две скважины: подающая и поглощающая), наружного воздуха и т.п.

В испарителе хладагент забирает тепло первичного контура, закипает и испаряется. Соответственно понижается температура выхода первичного контура.

Компрессор всасывает газообразный хладагент, сжимает его, резко повышая таким образом его температуру. Горячий газообразный хладагент выталкивается в конденсатор.

Конденсатор - по устройству такой же теплообменник, как и испаритель, где со стороны рабочего контура циркулирует горячий хладагент, а со стороны вторичного контура - вода или антифриз.

Горячий хладагент, вступая в тепловой контакт с теплоносителем системы отопления или водой из системы горячего водоснабжения (ГВС), конденсируется, передавая свое тепло системе отопления или ГВС. При этом жидкий фреон стекает на дно конденсатора, откуда за счет перепада давлений продавливается через сбросной клапан в испаритель. Температура его при этом резко понижается. После этого рабочий цикл начинается сначала.

Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии, например, электрических, газовых или дизельных котлов, заключается в том, что при производстве тепла 75% энергии берется из окружающей среды, а остальные 25% - это электрическая энергия, необходимая для работы компрессора теплового насоса. Тепловой насос "выкачивает" солнечную энергию, накопленную за теплое время года в окружающей среде. То есть для производства 4 кВт тепловой энергии необходимо затратить всего лишь 1 кВт энергии электрической - налицо существенная экономия на оплате электроэнергии.

Соотношение вырабатываемой тепловой энергии и потребляемой электрической энергии называется коэффициентом трансформации (или КПД теплового насоса), и служит показателем эффективности его работы. Современные тепловые насосы имеют высокий коэффициент трансформации - от 2 до 7 в зависимости от используемого источника тепловой энергии и применяемой системы отопления. Чем меньше разница температур между природным источником тепловой энергии и подачей отопительного контура, тем коэффициент трансформации больше. Это фактически означает, что 60-75% потребностей здания в теплоснабжении тепловой насос обеспечивает бесплатно, и тепло обходится в среднем в 4,5 раза дешевле, чем при использовании электрических обогревателей.

2.3.2 Режимы эксплуатации

Режимы эксплуатации тепловых насосов - ТН для отопления помещений - в зависимости от типовых условий - могут эксплуатироваться самыми разнообразными способами. Выбор того или иного режима работы должен ориентироваться, прежде всего, на уже имеющиеся в здании или планируемые системы отдачи тепла и на выбранный источник тепла:

1) Моновалентный режим

О моновалентном режиме эксплуатации речь идёт тогда, когда ТН покрывает всю потребность в тепле для отопления и ГВС. Оптимальными для этого являются такие источники тепла, как грунт и грунтовые воды, так как эти источники тепла почти независимы от наружной температуры и поставляют вполне достаточно тепла даже при низких температурах.

2) Бивалентный режим

В бивалентном режиме, наряду с ТН всегда применяется второй теплогенератор, чаще всего - уже имеющийся жидкотопливный котёл. В прошлом для одно- и двухсемейных домов этот вид эксплуатации имел огромное значение, прежде всего - в сочетании с воздушно-водяным ТН. При этом основное теплоснабжение выполнялось ТН, а, начиная с наружной температуры, например, ниже 0°C, к работе подключался жидкотопливный котёл. Из экономических соображений - поскольку всегда требуется два теплогенератора - такие системы сейчас не получают широкого распространения и реализуются лишь в отдельных редких случаях.

.3.3 Типы тепловых насосов, по виду теплоносителя

По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: "воздух-воздух", "воздух-вода", "вода -воздух", "вода-вода", "ЗЕМЛЯ-воздух", "ЗЕМЛЯ-вода". Наибольшее распространение в наших широтах получило два вида тепловых насосов,а именно: "воздух-вода", "земля-вода".

Тепловые насосы воздух-вода.

Тепловые насосы "воздух-вода" используются в 2 -х схемах

(рисунок 2.14):

) забор воздуха в подвале дома;

)забор воздуха через внешние выносные сплит-модули.

Источник тепла: воздух. Тип теплового насоса: воздух/вода.

Воздух - наименее затратный источник тепла в плане освоения - имеется в неограниченном количестве, его "разработка" не требует проведения дополнительных работ. Современные тепловые насосы воздух/вода можно эксплуатировать почти круглый год (до -15ºС). При более низкой температуре окружающего воздуха установка не покрывает теплопотребность здания, и ее необходимо использовать в сочетании с другим источником тепла или электронагревательной вставкой в бойлере. В случае использования теплового насоса воздух/вода расчет параметров источника тепла задается конструкцией или размером установки. Требуемое количество воздуха подается вентилятором, встроенным в установку, на испаритель через воздушные каналы.

Воздушно-водяные тепловые насосы могут с технической точки зрения точно так же, как геотермические тепловые насосы, эксплуатироваться круглогодично. Для этого в моновалентном режиме при проектных условиях, например, при -15 ˚C наружной температуры тепловой насос должен обеспечивать максимальную "греющую" мощность. Так как "греющая" мощность сильно уменьшается с падением температуры источника тепла, то это довольно часто обусловливает необходимость применения больших агрегатов и высоких инвестиционных затрат. Поэтому для работы воздушно-водяных тепловых наосов, как правило, начиная с некоторой определённой температуры наружного воздуха, подключают параллельно работающий дополнительный термоэлектрический нагреватель. В холодные дни он покрывает пиковую нагрузку. Однако из-за большой разницы температур в холодные дни и из-за низких коэффициентов мощности воздушно-водяного теплового насоса, обусловленных этой разницей температур, получаются существенно меньшие значения годовых коэффициентов эффективности в сопоставлении с геотермическими тепловыми насосами. Поэтому воздушно-водяные тепловые насосы пригодны особенно для регионов с относительно высокими наружными температурами в середине года или в уже построенных одно- и двухсемейных домах, для которых потребовались бы существенные затраты на инженерно-техническое освоение грунтового источника тепла.

Использование тепла из отработавшего воздуха помещений для эксплуатации теплового насоса возможно с помощью специального приточно-вытяжного оборудования для отработавшего воздуха. При этом главный агрегат такого оборудования следует инсталлировать по возможности на чердачном этаже здания и вытягивать воздух встроенным вентилятором из кухни, ванной комнаты и туалета. За счёт вытяжки создаётся разрежение в квартире, и наружный воздух может свободно поступать внутрь помещений сквозь специальные отверстия в наружной стене. В главном агрегате, т.е. в коллекторе для отработавшего воздуха помещений находится теплообменник, который отбирает тепловую энергию из отработавшего воздуха, прежде чем отвести его за пределы здания. Это тепло подводится через теплообменник в систему ТНУ и обусловливает непосредственное повышение коэффициента мощности теплового насоса во время эксплуатации, так как теплоноситель предварительно подогревается коллектором. При остановке теплового насоса энергия накапливается в источнике тепла и обеспечивает его регенерацию.

В таком режиме коллектор использует избыточное тепло из отработавшего воздуха помещений для поддержания контура теплового насоса.

Применение коллектора отработавшего воздуха помещений предполагает точное планирование вентиляционной установки и особую герметичность ограждающих конструкций здания. После монтажа агрегата необходимо провести тестирование дома на герметичность.

Тепловые насосы земля-вода.

Тепло из грунта можно получать по-разному. Специалисты подразделяют здесь источники тепла, использующие тепловую энергию приповерхностных слоёв грунта, и источники, использующие глубинное геотермическое тепло.

Приповерхностное тепло - это солнечное тепло, накапливаемое грунтом сезонно и используемое с помощью так называемых геотермических грунтовых коллекторов, которые укладываются горизонтально на глубине от 1,20 м до 1,50 м.

Геотермическое тепло стремится из глубины земных слоёв к поверхности и используется с помощью геотермических зондов. Зонды инсталлируются вертикально на глубину до 150 м.

Обе системы характеризуются высокой и относительно стабильной температурой в течение всего года. Это обусловливает высокие к.п.д. во время эксплуатации теплового насоса (высокий годовой коэффициент эффективности). Кроме того, эти системы работают в закрытых контурах, что обеспечивает высокую надёжность и минимальные затраты на обслуживание. В таком закрытом контуре циркулирует смесь воды и антифриза (этиленгликоля). Эту смесь называют также "рассолом".

Существуют два вида тепловых насосов "земля-вода":

. грунтовые коллекторы (Рисунок 2.15 б);

. грунтовые зонды(Рисунок 2.15 а).

Для получения земного тепла земляные зонды зарекомендовали себя в качестве надежного решения. Этот сборник особенно подходит для малых участков земли.

1) Участок «течения вперед» / обратка с перепадом от теплового насоса к земляному зонду в подушке из песка примерно на глубине в 1 метр.

) Обсадная труба при несвязном материале, длиной около 6-20 м, диаметром примерно 17 см.

) Двутаврово-трубчатый зонд (2 контура на бурильную скважину), глубина бурения в зависимости от свойств грунта согласно назначенным размерам.

) Заполнение полого пространства кварцевым песком, дамбовиком или бетонитом.

) Диаметр бурильной скважины примерно 115-220 мм.

) Минимальное расстояние до фундамента здания должно составлять 2м.

) Вентили.

) Дополнительный железный груз для установки коллектора, длиной 90 см, диаметром 8 см.

) Отклоняющая головка на заводе приваривается к трубам коллектора, длина 150 см, диаметр 10 см.

Земляной коллектор подходит особенно для домов с достаточно большой площадью участка земли. Мощность отбора тепла зависит от свойств почвы. Чем влажнее почва, тем выше эта мощность. Земляной коллектор укладывается в земле ниже уровня промерзания грунта. В климатических условиях Екатеринбурга этот уровень составляет примерно 2 метра. Весь коллектор заполняется незамерзающей жидкостью. Над коллектором в грунте можно высаживать растения, однако следует избегать посадки растений с глубокими корнями.

1) 0,5 м дистанция от внешнего края кроны дерева.

) 2,0 - 2,3 м глубина укладки.

) 1,5 м дистанция до трубопроводов питьевой, грязной и дождевой воды.

) 1,5 м дистанция до фундаментов здания.

) 1,5 м дистанции до фундаментов забора и подобного.

Грунт хорошо аккумулирует солнечную энергию. Она воспринимается грунтом либо непосредственно в форме солнечной радиации, либо косвенно в форме тепла, получаемого от дождя или из воздуха. Грунт имеет свойство сохранять солнечное тепло в течение длительного времени, что ведет к относительно равномерному уровню температуры источника тепла на протяжении всего года. Также на глубинах больше 20 метров происходит поступление тепла от центра земли и каждые 100 метров температура грунта увеличивается на 3ºС, что обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с высоким КПД. Аккумулированное грунтом тепло передается вместе со смесью из воды и антифриза (рассолом), через горизонтально проложенные грунтовые теплообменники (грунтовые коллекторы) или через вертикально расположенные теплообменники (грунтовые зонды).

. Преимущества тепловых насосов "земля-вода" с грунтовыми коллекторами:

экономически выгодные затраты;

высокие годовые коэффициенты эффективности теплового насоса.

Недостатки тепловых насосов "земля-вода" с грунтовыми коллекторами:

важная роль точности укладывания, проблемы с образованием воздушных "мешков" в случае неквалифицированного укладывания;

потребность в большой технологической площади;

невозможность перестройки.

Отбор тепла из грунта производится с помощью пластиковых труб большой площади, уложенных параллельно поверхности земли, как правило, в виде нескольких контуров. При этом один контур по своей длине не должен превышать 100 м, так как иначе потребуется слишком высокая мощность качающего насоса. Отдельные контуры подключаются к распределителю, который должен находиться в самой высокой точке, чтобы обеспечить возможность развоздушивания системы трубопроводов. Временное оледенение грунта не имеет никаких негативных последствий на функционирование ТНУ и на растительное покрытие технологической площади. По возможности необходимо следить за тем, чтобы на площади, занимаемой грунтовым коллектором, не располагались растения с глубокой корневой системой. Важно также, чтобы трубы укладывались в песчаной постели для предотвращения вероятных повреждений острыми камнями. Прежде чем выполнять засыпку коллектора, обязательно рекомендуется опрессовать систему трубопроводов. Лучше всего держать трубопровод под испытательным давлением также и во время засыпки. Тогда очень легко сразу заметить вероятные повреждения. Выполнение требуемых перемещений грунта возможно без больших дополнительных затрат в особенности на новостройках. Величина отбора тепловой мощности из грунта зависит от многих факторов, прежде всего - от влажности грунта. Особенно хороший практический опыт получен при работе с влажными суглинками. Менее пригодными являются песчаные грунты.

. Преимущества теплового насоса "земля - вода" с грунтовым зондом:

надёжность;

незначительная потребность в занимаемой технологической площади;

высокие годовые коэффициенты эффективности теплового насоса.

Недостатки теплового насоса "земля - вода" с грунтовым зондом:

как правило, высокие инвестиционные затраты;

инсталляция возможна не во всех регионах.

Грунтовые зонды получили за последние годы очень широкое распространение благодаря простоте обустройства и незначительной потребности в технологической площади. Такие зонды состоят, как правило, из пучка четырёх параллельных пластиковых труб, концы которых свариваются специальными фасонными деталями и образуют так называемую ножку зонда. При этом каждые две пластиковые трубы соединяются так, что создают два независимых один от другого контура. Их называют также двойными U-образными зондами. При наличии хороших гидрогеологических условий можно реализовать высокую мощность отбора тепла. Предпосылкой для планирования и обустройства грунтовых зондов служит точная информация о характерных свойствах грунта и информация о внутригрунтовых процессах. В настоящее время уже есть целая сеть фирм, которые специализируются в области обустройства грунтовых зондов и, наряду с проектированием и инсталляцией зондов, предлагают также разрешительную документацию. Можно также обратиться за профессиональной консультацией к специалистам-геологам или в местный геологический департамент.

Тепловые насосы «вода-вода».

Тепловые насосы "вода-вода" используются в 2 -х схемах:

.Грунтовые воды;

.Открытые водоемы.

Грунтовые воды - хороший аккумулятор солнечного тепла: даже в холодные зимние дни они сохраняют постоянную положительную температуру. Для использования тепла необходимо пробурить подающую и поглощающую скважины, строго учитывая при этом направление течения подземных вод и их качество. Для работы тепловых насосов при определенных условиях могут использоваться озера и реки, т.к. они тоже выступают в роли аккумуляторов тепла.К сожалению, не везде имеется достаточное количество грунтовых вод надлежащего качества. К тому же на использование грунтовых вод должно быть получено разрешение соответствующего ведомства (обычно службы госводонадзора).

Преимущества теплового насоса "вода - вода" с использованием грунтовых вод:

экономически привлекательный источник тепла;

незначительная потребность в технологической площади.

Недостатки теплового насоса "вода - вода" с использованием грунтовых вод:

открытая система;

затраты на обслуживание;

требуется анализ грунтовых вод;

обязательное наличие разрешительной документации.

Использование грунтовых вод путём их отбора через колодезную установку и последующего возврата в водоносные слои грунта является особенно выгодным с энергетической точки зрения. Практически константная температура воды в течение всего года позволяет достичь высоких значений коэффициента мощности ТН. Особое внимание при этом необходимо уделять потребности во вспомогательной энергии, особенно электроэнергопотреблению качающего насоса. В небольших ТНУ или при значительных глубинах укладки зондов предполагаемые энергетические преимущества очень часто "съедаются" дополнительными затратами энергии качающих насосов и нередко приводят к существенному влиянию на годовой коэффициент эффективности.

Кроме того, при разработке источника тепла "грунтовые воды" следует помнить, что речь здесь идёт об открытой системе, которая зависит от качества воды, расхода воды и т.д. Поэтому решение о применении того или иного ТН для работы с грунтовыми водами необходимо особенно тщательно обдумывать и взвешивать. Прежде всего, следует проверить, есть ли в выбранной местности достаточное количество грунтовых вод на глубине максимум 20 м. Об этом можно узнать у местной администрации по управлению водными ресурсами, у городского предприятия водоснабжения или у местных бурильно-монтажных фирм по обустройству артезианских колодцев (на участке уже имеется скважина глубиной 22 м). Затем необходимо получить разрешение местной администрации по управлению водными ресурсами на отбор и возврат грунтовых вод для целей отопления. Планирование и исполнение работ по обустройству колодезной, т.е. скважинной установки должно выполняться квалифицированным бурильно-монтажным предприятием, так как непрофессиональное исполнение может привести в течение нескольких лет к существенным отложениям железо-магниевых окислов именно в поглощающем, т.е. насыщающем колодце. Для устранения такого повреждения потребуются очень значительные затраты. К тому же во время проведения ремонтно-восстановительных работ эксплуатация ТНУ невозможна, так что при наличии моновалентной ТНУ нельзя обеспечить отопление здания.

Качество грунтовых вод определяется путём специального анализа воды. При эксплуатации ТНУ тоже рекомендуется регулярно брать пробы воды на анализ, так как состав грунтовых вод может со временем изменяться.

Из-за существенных затрат грунтовые воды как источник тепла используют на маленьких объектах (в одно- и двухсемейных домах) в большинстве случаев только там, где уже собран многолетний опыт эксплуатации колодцев и где можно отказаться от регулярного отбора проб для анализа воды. Напротив, на больших объектах, например, в жилищных комплексах, офисных постройках, коммунальных зданиях, источник тепла "грунтовые воды" играет важную роль, прежде всего - в сочетании с системой охлаждения здания. Здесь соотношение прибыли и затрат, как правило, позитивное.

.3.4 Рабочий цикл

Теплонасос состоит из 4 основных агрегатов (Рисунок 2.19):

испаритель,

конденсатор,

расширительный вентиль (разряжающий вентиль- дроссель, понижает давление),

компрессор (повышает давление).

Эти агрегаты связаны замкнутым трубопроводом. В системе трубопровода циркулирует хладагент, который в одной части цикла представляет собой жидкость, а в другой - газ.

Путем регулирования давления расширительным вентилем настраивается такой поток хладагента в испаритель(1), который обеспечивает определенную расчетную температуру его кипения, вскипая, хладагент отбирает тепло, поставляемое коллектором из окружающей среды. Газ, в который превратился хладагент, всасывается в компрессор(2), где он сжимается и, нагретый, выталкивается в конденсатор. Конденсатор(3) является теплоотдающим звеном теплонасоса. Здесь тепло переходит на воду в системе отопительного контура. При этом газ охлаждается и снова сгущается в жидкость. Хладагент подвергается разряжению в расширительном вентиле(4) и возвращается в испаритель. Рабочий цикл начинается сначала.

2.3.5 Преимущества тепловых насосов

1. Экономичность. Позволяет получить на 1 кВт фактически затраченной энергии 3-6 кВт тепловой энергии или до 2,5 кВт мощности по охлаждению на выходе.

. Энергосбережение. Применение тепловых насосов - это сбережение невозобновляемых энергоресурсов. Теплонасос производит тепло, черпая возобновляемую низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды, не используя традиционные энергоносители.

. Экологичность. Экологически чистый метод отопления и кондиционирования, как для окружающей среды, так и для людей находящихся в помещении.

. Безопасность. Нет открытого пламени, нет выхлопа, нет сажи, нет запаха солярки, исключена утечка газа, разлив мазута. Нет пожароопасных хранилищ для угля, дров, мазута, или солярки.

. Надежность. Минимум подвижных частей с высоким ресурсом работы. Независимость от поставки топочного материала и его качества. Защита от перебоев электроэнергии. Практически не требует обслуживания. Срок службы составляет 15-25 лет.

. Комфорт. Тепловой насос работает бесшумно (не громче холодильника), а погодозависимая автоматика и мультизональный контроль создают желаемый микроклимат в помещениях. Использование в летний период в качестве кондиционера.

. Универсальность. Использует (утилизирует) рассеянное тепло естественного (тепловая энергия воды, воздуха, почвы) или техногенного происхождения (тепло промышленных и сточных вод, вентиляционных труб и дымовых газов, технологических процессов и т.д.). Совместим с любой циркуляционной системой отопления и вентиляции. Современный дизайн позволяет устанавливать в любых помещениях. Широкий диапазон мощностей.

2.3.6 Основные характеристики бытовых тепловых насосов для автономных систем теплоснабжения

В качестве основного показателя эффективности теплового насоса используется коэффициент преобразования (CoefficientofPerformance) [15]:

СОР=Q_T/N (1)

где Q_T - тепловая энергия, передаваемая отопительному контуру,- затраченная электроэнергия.

Чем выше СОР, тем эффективнее тепловой насос. Коэффициент преобразования зависит от:

разности температур ИНТ и ПВТ (чем она выше, тем ниже СОР),

термодинамических свойств хладагента,

особенностей термодинамического цикла,

технического совершенства конструкции теплового насоса.

В зависимости от этих факторов значения СОР колеблются от 2 до 7.

3. Проект энергообеспечения энергоэффективного дома

В данном дипломной работеразработанпроекта жилого дома площадью 108,5м² в пригороде города Екатеринбурга.

Главным направлением в возведении жилых домов является крупноэлементное домостроение, но данный проект предполагает точечную застройку с независимым теплоснабжением. Вместе с тем - использование местных энергоэффективных строительных материалов, а также мелкоразмерных изделий, что особенно актуально для сельской местности, отдаленных районов.

Повсеместное распространение получили здания из кирпича и керамических камней. В ряде районов России широко применяются для строительства камни из легковесных естественных пород (туф, ракушечник, известняк и др.). На обширных лесных территориях страны в большом количестве возводят деревянные дома. Массовое использование находят такие строительные материалы местного производства как шлаки, керамзит, гипс, фибролит, минеральная вата, различные легкие и мелкоразмерные изделия из них и др.

Дипломный проект выполнен по заданию, которое содержит схему дома с перечнем помещений, а также исходные климатические данные.

Разработка дипломного проекта велась в соответствии с указаниями нормативно-конструктивных документов по строительному проектированию и требованиями унификации объемно-планировочных параметров изделий и санитарно-технического оборудования на основе единой модульной системы, экономии расходования строительных материалов, техники безопасности и противопожарных мероприятий.

3.1 Исходные данные

Данные проекта.

Место расположения - Свердловская область, поселок Ключевск.

Жилой дом площадью 108,5 м²

.Жилые комнаты 37,3 м²; 2.Кухня-столовая 43,0 м²; 3.Санитарный узел 9,6 м²; 4.Прихожая 6,5 м²; 5. Котельная 3,5 м²; 6.Тамбур2,0 м²

Климатические показатели.

Город Екатеринбург находится в зоне умеренно континентального климата с характерной резкой изменчивостью погодных условий, хорошо выраженными сезонами года:

· средняя температура января - −14 ºC;

· средняя температура июля - +19 ºC;

· среднегодовая температура - +2,6 °C;

· среднегодовая скорость ветра - 3,2 м/с;

· среднегодовая влажность воздуха - 71 %;

· среднегодовое количество осадков - 498 мм;

В таблице 3.1 приведены распределение температур воздуха, усредненного солнечного облучения на горизонтальную поверхность и температур грунта.

теплоизоляционный здание солнечный коллектор

Таблица 3.1

Распределение характеристик по месяцам

месяц	Январь	февраль	март	апрель	май	июнь	июль	август	сентябрь	октябрь	Ноябрь	декабрь
Распределение температур.
⁰С	-15,30	-13,40	-7,30	2,60	10,10	15,60	17,40	15,10	9,20	1,30	-7,10	-13,30
Ежемесячное усредненное облучение солнцем на горизонтальную поверхность.
кВт*ч/м²/день	0,68	1,52	2,93	4,38	5,05	5,70	5,95	4,01	2,65	1,43	0,84	0,48
Средние температуры грунта на глубине 1,6 м и 3,2 м.
⁰С, 1,6 м	2,6	2,0	1,6	2,1	4,9	8,1	10,9	12,6	11,5	9,0	6,1	3,8
⁰С, 3,2 м	4,6	3,5	2,6	2,6	4,9	7,7	9,9	10,1	10,0	8,0	5,7	4,8

Климатологическая характеристика здания.

Настоящие нормы строительной теплотехники должны соблюдаться при проектировании ограждающей конструкций новых и реконструируемых зданий и сооружений различного назначения с нормируемыми температурой или температурой и относительной влажностью внутреннего воздуха. При проектировании зданий и сооружений следует предусматривать защиту внутренней и наружной поверхностей стен от воздействия влаги и атмосферных осадков с учетом материала стен, условий их эксплуатации и требований нормативных документов по проектированию отдельных видов зданий, сооружений и строительных конструкций. Гидроизоляцию стен от увлажнения грунтовой влагой следует предусматривать:

горизонтальную - в стенах выше отмостки здания или сооружения, а также ниже уровня пола цокольного или подвального этажа;

вертикальную - подземной части стен с учетом гидрогеологических условий и назначения помещений

Таблица 3.2

Климатологическая характеристика

Климатический район	Климатически подрайон	Среднемесячная температура воздуха в январе, °С	Средняя скорость ветра за три зимних месяца, м/с	Среднемесячная температура воздуха в июле, °С	Среднемесячная относительная влажность воздуха в июле, %
I	IВ	От-11 до-18	-	От +12 до +21	-

Относительная влажность:

наиболее холодного месяца:84%

наиболее жаркого месяца: 56%

Капитальность здания.степень огнестойкостистепень долговечностикласс капитальности

В таблице 3.3 приведены требуемые значения температур и влажности воздуха внутри помещений жилого дома, а также значения кратности воздухообмена для данных помещений.

Таблица 3.3

Температурно-влажностный режим помещений:

Наименование помещений	Температура внутреннего воздуха, ºС	Относительная влажность	Кратность воздухообмена
Жилая комната	20	55%	2
Кухня	18	55%	3
Сан/узел/ ванная	25	75%	3
Коридор	18	55%	1

.2 Объемно-планировочное решение и конструктивная система здания

Конструктивная система здания.

Конструктивная система здания предусматривает совокупность вертикальных и горизонтальных элементов, обеспечивающих прочность и устойчивость. На несущую стену опирается балка перекрытия. Кроме собственного веса стена выдерживает балку перекрытия вместе с легкобетонными плитами.

Требования к объемно-планировочным решениям.

Жилой дом следует проектировать исходя из условия заселения. В домах следует предусматривать жилые комнаты и подсобные помещения: кухню, переднюю, ванную или душевую, уборную, кладовую (или хозяйственные встроенные шкафы). Допускается устройство помещения для хозяйственных работ, холодной кладовой (или шкафов), вентилируемого сушильного шкафа для верхней одежды и обуви.

Площадь гостиной, совмещенной с кухней-столовой, 43 м² . Площадь спальной жилой комнаты допускается не менее 7 м², в этом проекте это 16,5 м². В жилых домах допускается устройство совмещенных санузлов. Двери уборной, ванной и совмещенного санузла должны открываться наружу.

3.3 Характеристики наружных ограждающих конструкций

Расчет толщины теплоизоляции наружных стен по нормам сопротивления теплопередаче.

В таблице 3.4. приведены выбранные строительные материалы стен, а так же их коэффициент теплопроводности.

Таблица 3.4

Выбранные материалы стен.

Наименование слоя

Коэффициент теплопроводности λ, Вт/м•К

Толщина слоя,м

Керамический (красный) пустотный кирпич <#"805143.files/image006.gif">, (3.2)

где α_вн= 8,7; α_н=23;

Таким образом, сопротивление теплопередаче стен

5,20

Расчет толщины теплоизоляции чердачного перекрытия по нормам сопротивления теплопередаче.

В таблице 3.5. приведены выбранные строительные материалы чердачного перекрытия, а так же их коэффициент теплопроводности.

Таблица 3.5

Выбранные материалы перекрытия.

Наименование слоя	Коэффициент теплопроводности 𝞴, Вт/м•К	Толщина слоя,м
Гипсокартон	0,15	0,012
Деревянные перекрытия	0,15
Пенополистерол	0,031	0,15

ГСОП = 5830

_req= aD_d+ b,

гдеa= 0,00045; b=1,9_req=0,00045·5830+1,9=4,5235

, (3.3)

Таким образом.сопротивление теплопередаче чердака

3.4 Конструктивные элементы здания

Фундамент ленточный бутовый.

Екатеринбург находится на территории с глубиной промерзания грунта 1м 57 см. Под всем фундаментом необходимо насыпать керамзитовую подушку толщиной 150 мм. Ширину фундамента выбираем в зависимости от толщины стены кратно 100 мм.

Для данного случая ширину фундамента по наружным стенам принимаем - 600 мм, ширину фундамента в средней части здания принимаем 600 мм.(несущая стена, толщиной 520 мм).

Стены.

Наружные стены выполнены из газобетонного блок <#"805143.files/image010.gif">, Вт, с округлением до 10 Вт для помещений по формле:

(4.3)

где А - расчетная площадь ограждающей конструкции (каждой из стен, пола, потолка, окон, дверей), м²;- сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м²×⁰С/ Вт.

Таблица 4.1

Требуемые значения теплопередачи конструкции.

		Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R^тр_о, м², °С/Вт
Зданияи помещения	ГСОП,°С·сут	стен	покрытий и перекры-тийнадпроездами	перекрытий черд. над холодными подпольями иподвалами	окон ибалкон-ных дверей	Фона-рей
Жилые, лечебно-проф. и детские учрежд. школы, интернаты	2000 4000 6000 8000 10000 12000	2,1 2,8 3,5 4,2 4,9 5,6	3,2 4,2 5,2 6,2 7,2 8,2	2,8 3,7 4,6 5,5 6,4 7,3	0,30 0,45 0,60 0,70 0,75 0,80	0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55
Обществ., кроме указанных выше, адм. и бытовые, за искл.помещ. свлажным илимокрым режимом	2000 4000 6000 8000 10000 12000	1,6 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8	2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4	2,0 2,7 3,4 4,1 4,8 5,5	0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80	0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Для определения R необходимо рассчитать градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) по формуле

ГСОП = (T_р - T_ext) z_от.пер. , (4.4)

ГСОП= (20-(-7,5))·212=5830

где T_p =20⁰С - расчетная температура воздуха,⁰С, в помещении;_ext = -7,5⁰С - средняя расчетная температура наружного воздуха для отопительного периода, т.е. средняя температура, °С, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной +8 °;_м - средняя расчетная температура наружного воздуха для каждого месяца ;

Таблица 4.2

Месяц	январь	февраль	март	апрель	май	июнь	июль	август	сентябрь	октябрь	ноябрь	декабрь
T_м , ⁰С	-15,3	-13,4	-7,3	2,6	10,1	15,6	17,4	5,1	9,2	-1,3	-7,1	-13,3

_от.пер. = 31+28+31+30+31+30+31=212 - продолжительность отопительного периода, сут.- коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по СНиП II-3-79 [19]

Таблица 4.3

Ограждающие конструкции	Коэффициент n
1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне	1
2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне	0,9
3. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах	0,75
4. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли	0,6
5. Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли	0,4

b - добавочные потери теплоты в долях от основных потерь.

Добавочные потери теплоты b через ограждающие конструкции следует принимать в долях от основных потерь:

а) в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные (вертикальные проекции) стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток, и северо-запад в размере 0,1, на юго-восток и запад - в размере 0,05; в угловых помещения дополнительно - по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток, и северо-запад и 0,1 - в других случаях;

б) в помещениях, разрабатываемых для типового проектирования, через стены, двери и окна, обращенные на любую из сторон света, в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 для угловых помещений (кроме жилых), а во всех жилых помещениях - 0,13;

в) через необогреваемые полы первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха минус 40 0С и ниже - в размере 0,05;

г) через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты в размере:

,2Н - для тройных дверей с двумя тамбурами между ними;

,27Н - для двойных дверей с тамбурами между ними;

,34Н - для двойных дверей без тамбура;

,22Н - для одинарных дверей;

д) через наружные ворота, не оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами, - в размере 3 при отсутствии тамбура и в размере 1 - при наличии тамбура у ворот.

Примечание. Для летних и запасных наружных дверей и ворот добавочные потери теплоты по подпунктам «г» и «д» не следует учитывать.

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.4.

Таблица 4.4

Итоговая таблица теплопотребления

Месяц	Число дней в месяце	q_тр, Вт	q_в, Вт	, Вт	, Вт	, ГДж
1	2	3	4	5	6	7
Январь	31	3049	1873	4922	232,8	0,624
Февраль	28	2887	1772	4659	232,8	0,563
Март	31	2358	1448	3806	232,8	0,624
Апрель	30	1503	924	2427	232,8	0,603
Май	31	-	-	-	232,8	0,624
Июнь	30	-	-	-	232,8	0,603
Июль	31	-	-	-	232,8	0,624
Август	31	-	-	-	232,8	0,624
Сентябрь	30	-	-	-	232,8	0,603
Октябрь	31	1615	992	2607	232,8	0,624
Ноябрь	30	2341	1438	3779	232,8	0,603
Декабрь	31	2876	1767	4643	232,8	0,624

4.2 Общие трансмиссионные теплопотери

Общие трансмиссионные потери теплоты , Вт, равны сумме трансмиссионных потерь через отдельные ограждающие конструкции:

(4.5)

Результаты расчетов для каждого месяца года занесены в таблицу 4 .4(столбец 3).

Ограждающие конструкции можно разделить на:

Стены + окна + двери

Окна

Двери

Стены

Перекрытия с подвалом

Перекрытия с чердаком

Тогда площади можно рассчитать:

А_сум=P·h (4.6)

где P - периметр, а h - высота потолков.

А_сум=P·h = (8,6+7+1,2+7,2+3+1+3,1+1+1,3+4+1,3+6,2+1,3+4)·3 = =50,2·

=150,6м²

А_окн= 2·(1,3·2,5)+3·(1·1,7)+(0,4·1,7)+4·(0,8·1,7)+4(1,2·1,7) = =16,2+1,2= 25,88 м²

А_дв= (1,0·2,2)+(0,8·2,2)=3,96 м²

А_стен = 150,6-25,88-3,96=120,76 м²

А_под= 1,2·7+3·14,2+3,1·15,2+1,3·8=108,5 м²

А_чердак = 108,5 м²

Трансмиссионные тепловые потери по месяцам:

Январь

804+232+943+535+535 = 3049 Вт

Февраль

761+220+892+507+507=2887 Вт

Март

622+179+729+414+414=2358 Вт

Апрель

396+114+465+264+264=1503 Вт

Май

226+65+264+150+150=855 Вт

Июнь

=380 Вт

Июль

59+17+69+39+39=223 Вт

Август

112+32+131+74+74=423 Вт

Сентябрь

246+71+288+164+164=933 Вт

Октябрь

425+123+499+284+284=1615 Вт

Ноябрь

Вт

Декабрь

758+219+889+505+505=2876 Вт

Определение расхода теплоты на подогрев вентиляционного воздуха.

(Извлечения из СНиП 2.04.05-91 приложение 10 «Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений»[13])

Рассчитать расход теплоты q_в, Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, для каждого месяца отопительного периода, можно по формуле

(4.7)

где L_n - расход удаляемого воздуха, м³/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом, для жилых зданий - удельный нормативный расход 3 м³/ч на 1 м² жилых помещений;_n=3 м³/ч·57,3 =171,9 м³/ч

с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг×°С);

=1,225 кг/м³ - плотность воздуха в помещении;- коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен и окон с тройными переплетами, 0,8 - для окон и балконных дверей с раздельными переплетами и 1,0 - для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплетами и открытых проемов.

Результаты расчетов занесены в таблицу 4.4 (столбец 4).

Рассчитываем суммарную энергию, которую необходимо затратить для покрытия отопительной нагрузки в течение месяца, по формуле

, (4.8)

где - продолжительность месяца, с. Результаты расчетов занесены в таблицу 4.4 (столбец 5).

Определение затрат теплоты на горячее водоснабжение.

Среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение q_ГВ.СР, Вт, с коэффициентом запаса 1,2 на остывание воды, для каждого месяца года определяется по формуле:

(4.9)

где с - удельная массовая теплоемкость воды, равная 4187 Дж/(кг×⁰С);

а - расход воды на горячее водоснабжение при температуре 55 ⁰С на 1 чел. всут, л;- число проживающих в доме.

Энергия, необходимая для обеспечения горячего водоснабжения в течение месяца, рассчитывается по формуле

(4.10)

Результаты расчетов занесены в таблицу 4.4 (столбцы 6,7).

5. Расчет параметров солнечного коллектора

Существует ряд причин обращения человека к помощи солнечных коллекторов:

. На участке отсутствует подвод природного газа. Сразу сужаются рамки способов обогрева дома. Первый (самый простой) - установка электрического котла и полный обогрев электричеством. Второй способ - это монтаж системы теплового насоса. И третий - установка системы солнечного коллектора.

. Потребитель имеет желание уменьшить расход газа.

. У потребителя нет газа, и наличествует минимальная мощность электрических сетей.

Второй вопрос, возникающий после просчета системы солнечного коллектора - это когда эта система окупится.

Чтобы правильно ответить на этот вопрос надо изначально понимать, какой вопрос целесообразно закрывать солнечным теплом, а какой нет.

Целесообразность определяется степенью окупаемости системы. В большинстве случаев, если на коттедже, где планируется установка коллекторов, присутствует подключение к трубопроводу природного газа, то целесообразность в отоплении дома солнечными батареями очень мала. Тогда коллекторы можно использовать как источник, дающий первоначальный нагрев какому-то объему воды, которая в дальнейшем догревается газовым котлом до нужной температуры. В данном случае, этот вариант оптимален, если есть постоянно отбираемый объем воды (большой дом с большим количеством точек водоотбора, бассейн, теплый пол). Но в проектируемом доме, отсутствует подключение к трубопроводу природного газа.

При оценке стоимости системы следует учитывать, что при монтаже системы солнечных коллекторов для получения теплой воды дополнительные траты идут только на массив коллекторов и их установку, а также управляющий контроллер и ряд клапанов и кранов. Остальная часть оборудования в любом случае монтировалась бы в данную систему.

5.1 Определение цели

. Проектируется новая система солнечных коллекторов.

. Потребителем тепла является горячее водоснабжение.

Основными критериями, при которых было решено ставить солнечные коллекторы, явилось следующее:

. происходит ежедневный расход горячей воды с температурой 40-45⁰С от 200 литров и выше;

. дом используется круглогодично, на территории отсутствует газовые магистрали.

.2 Расчет параметров вакуумного солнечного коллектора с термотрубками

Определение площади солнечных коллекторов.

Основная задача определение площади солнечного коллектора сводится к определению количества тепла необходимого для системы. Когда будет получена цифра, определяющая необходимое тепло, можно приступать к расчету количества трубок вакуумного солнечного коллектора. Данную задачу решаем на базе тепла, которое необходимо для системы горячего водоснабжения.

Подсчет количества тепла необходимого для обеспечения семьи из 2 человек горячей водой.

Определение, на сколько градусов должна повыситься температура воды и ее объем. Семья - 2 человека.

По эмпирическим данным на среднего человека расходуется в день 50 литров воды. Суммарный объем емкостного нагревателя надо рассчитывать из расчета 1,5…2 суточной потребности.

Соответственно,_тр(50·2)·1,5=150 л

Средняя температура входящей воды t_вх= 5°С. Она должна быть нагрета до t_кон=40°С

Δt=40-5=35°С.

Определяем количество энергии необходимой для нагревания этого количества воды.

Учитываем, что для нагрева одного литра воды на один градус надо затратить энергию равную 1 ккал._необх=150 л·35°C = 5250 ккал.

Для перевода данной энергии в кВт·ч воспользуемся следующей формулой_необх/859,8=5250/859,8=6,105 кВт·ч (1 кВт·ч = 859,8 ккал)

Определяем количество энергии, которая может поглощаться и преобразовываться в тепло солнечными коллекторами.

Количество энергии, поглощаемой солнечным коллектором, зависит от усредненного облучения солнцем, значения которых, приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Облучение солнцем.

Ежемесячное усредненное облучение солнцем на горизонтальную поверхность.
кВт·ч/м²/день	0,68	1,52	2,93	4,38	5,05	5,70	5,95	4,01	2,65	1,43	0,84	0,48

Солнечный коллектор способен поглощать до 80% энергии солнца.

Значение передачи поглощенной энергии вакуумными трубками равно₁=0,68· 0,8 = 0,544 кВт·ч/день₂=1,52· 0,8 = 1,216 кВт·ч/день₃=2,93· 0,8 = 2,344 кВт·ч/день₄=4,38· 0,8 = 3,504 кВт·ч/день₅=5,05· 0,8 = 4,04 кВт·ч/день₆=5,70· 0,8 = 4,56 кВт·ч/день₇=5.95 · 0,8 = 4,76 кВт·ч/день₈=4,01· 0,8 = 3,208 кВт·ч/день₉=2,65· 0,8 = 2,12 кВт·ч/день₁₀=1,43· 0,8 = 1,144 кВт·ч/день₁₁=0,84· 0,8 = 0,672 кВт·ч/день₁₂=0,48· 0,8 = 0,384 кВт·ч/день

площади поглощения коллектора для данного месяца.

Площадь поглощения вакуумной трубки диаметром 58 и длиной 1800 мм составляет 0,08 м2

Соответственно одна трубка способна получать и передавать солнечное тепло в размере₁=P₁·0,08= 0,544·0,08=0,0435 кВт·ч₂=P₂·0,08= 1,216·0,08=0,0973 кВт·ч₃=P₃·0,08= 2,344·0,08=0,188 кВт·ч₄=P₄·0,08= 3,504·0,08=0,280 кВт·ч₅=P₅·0,08= 4,04·0,08=0,323 кВт·ч₆=P₆·0,08= 4,56·0,08= 0,365 кВт·ч₇=P₇·0,08= 4,76·0,08=0,381 кВт·ч₈=P₈·0,08= 3,208·0,08=0,257 кВт·ч₉=P₉·0,08= 2,12·0,08= 0,17кВт·ч₁₀=P₁₀·0,08= 1,144·0,08= 0,092 кВт·ч₁₁=P₁₁·0,08= 0,672·0,08= 0,054 кВт·ч₁₂=P₁₂·0,08= 0,384·0,08=0,031кВт·ч

Определяем необходимое число трубок.

Используя значение, вычисленное выше, определяем количество трубок, которое надо установить.

Энергия, которую необходимо затратить на нагрев нужного количества воды составляет Q_необх=6,105 кВт·ч.

Энергия, которую может передать одна вакуумная трубка, в зависимости от месяца, составляет S_iкВт·ч, тогда₁=6,105/0,0435=140₂=6,105/0,0973=63₃=6,105/0,188=33₄=6,105/0,280=22₅=6,105/0,323=19₆=6,105/0,365=17₇=6,105/0,381=16₈=6,105/0,257=24₉=6,105/0,17=35₁₀=6,105/0,092=67₁₁=6,105/0,054=113₁₂=6,105/0,031=197

Подсчитав, количество трубок в составе коллекторов, мы видим, что в зависимости от месяца использования для приготовления нужного количества воды, количество трубок существенно отличается. В данном случае вариант - чем больше, тем лучше, не подходит. Зимой мы получим необходимое количество тепла, но летом столкнемся с очень существенной проблемой - утилизацией избыточного тепла. Солнце невозможно выключить или включить, поэтому оно будет постоянно нагревать воду в вашем баке. В конечном итоге вода в баке-аккумуляторе закипит, а это может привести к выходу из строя оборудования. Можно осуществить сброс горячей воды в канализацию и набор в бак холодной воды для дальнейшего нагрева, но такое использование солнечных коллекторов не целесообразно.

Применение солнечных коллекторов направлено, прежде всего, на экономию денег и экономию природных ресурсов. Поэтому необходимо использовать то количество солнечных коллекторов, которое экономически целесообразно.

В данном случае, ставилась задача обеспечить горячей водой семью из 2 человек. Правильным решением будет считаться подбор количества трубок коллектора в зависимости от месяца, в котором максимальная солнечная эффективность. То есть для семьи из двух человек в пригороде Екатеринбурга необходим бак-накопитель на 200 литров и солнечный коллектор на 35 трубок.

Таким образом, солнечный коллектор, работает в неотапливаемый сезон, следовательно, пропадает необходимость в установке дорогостоящего вакуумного коллектора с термотрубками. Изначальный выбор вакуумного коллектора с термотрубками был обусловлен климатическими условиями и эффективностью работы в целом. Теперь, когда установка не работает в холодный (снежный) период, целесообразно устанавливать плоский солнечный коллектор.

5.3 Расчет системы солнечного теплоснабжения и доли тепловой нагрузки обеспечиваемой за счет солнечной энергии

На графике 5.1 представлена характеристика плоского солнечного коллектора без селективного покрытия, с одним слоем прозрачной изоляции, выбранного для установки в жилом загородном доме.

Характеристика плоского солнечного коллектора без селективного покрытия с одним слоем прозрачной изоляции

В таблице 5.2 представлены климатологические характеристики города Екатеринбурга, использующиеся в дальнейших расчетах.

Таблица5.2

Климатологические характеристики

Месяц	Средняя месячная температура воздуха, °С	Сумма прямой солнечной радиация на нормальную к лучу поверхность I_м за сутки, МДж/м²	Сумма рассеянной солнечной радиации I_D за сутки, МДж/м²
Январь	-15,30	11,2	2,2
Февраль	-13,40	16,4	3,1
Март	-7,30	18,6	4,4
Апрель	2,60	20,6	6,5
Май	10,10	24,5	7,8
Июнь	15,60	27,4	10,2
Июль	17,40	28,9	10,3
Август	15,10	28,0	8,7
Сентябрь	9,20	21,8	6,2
Октябрь	1,30	15,9	4,1
Ноябрь	-7,10	12,7	3,0
Декабрь	-13,30	11,4	1,9

На следующем графике (5.2) представлена зависимость прихода солнечной радиации от месяца. Из графика видно, что решение о применении солнечных коллекторов в течении мая-сентября, наиболее рационально.

Зависимость прихода солнечной радиации от месяца

Рисунок 5.2

Поправочный коэффициент, учитывающий влияние промежуточного теплообменника.

Поправочный коэффициент рассчитывается по формуле:

(5.1)

где =1 - площадь солнечного коллектора, м²;

= 0,015 - массовый расход антифриза в контуре коллектора, кг/(м²с);

=3350- теплоемкость раствора антифриза,Дж/(кг °С);

= 0,7- эффективность теплообменника;_RU_L =tg(угла наклона характеристики коллектора) = 0,78/0,12 = 6,5

Отношение месячных тепловых потерь коллектора к полной месячной тепловой нагрузке.

Отношение месячных тепловых потерь к полной месячной тепловой нагрузке, зависит от средней температуры месяца и расхода воды (формула 5.2).

Расчет произведен для требуемых, неотапливаемых месяцев. Результаты занесены в таблицу 5.4.

Рассмотрим расчет для данных одного месяца (мая):

(5.2)

Отношение количества энергии, поглощаемой пластиной коллектора к полной месячной тепловой нагрузке

Угол солнечного склонения рассчитывается по формуле (5.3), приведенной ниже.

Пример расчета угла солнечного склонения в мае месяце:

(5.3)

где - порядковый номер дня года, отсчитываемый с 1 января

Часовой угол движения солнца в мае месяце:

(5.4)

где - фактическое местное декретное;

- декретный солнечный полдень данного часового пояса;

- фактическая долгота точки;

- средняя долгота данного часового пояса.

Прямая солнечная радиация рассчитывается по формуле:

(5.5)

Значение прямой солнечной радиации в мае:

где - интенсивность прямой составляющей солнечной радиации на нормально ориентированную поверхность;

- угол падения на наклонную поверхность;

- широта местности;

- угол наклона солнечного коллектора к горизонту, принимается равным широте местности;

- угол склонения

Рассеянная солнечная радиация рассчитывается по формуле:

, (5.6)

Значение рассеянной солнечной радиации в мае:

где - рассеянная радиация.

Среднемесячный дневной приход солнечной радиации на наклонную поверхность (на примере данных мая месяца):

(5.7)

Данные расчетов сведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3

Расчет интенсивности солнечного излучения

Месяц	I_м	I_D,	n	δ	t	t_cc	ω,°	I_S,	I_D	I
Май	24,5	7,8	135	18,8	12	14	-30	20,09	6,03	26,12
Июнь	27,4	10,2	166	23,3	12	14	-30	21,79	7,89	29,68
Июль	28,9	10,3	196	21,5	12	14	-30	23,29	7,97	31,25
Август	28	8,7	227	13,9	12	14	-30	23,54	6,73	30,27
Сентябрь	21,8	6,2	258	2,3	12	14	-30	18,86	4,80	23,66

Зависимость прихода солнечной радиации от месяца.

Отношение количества энергии, поглощаемой пластиной коллектора, к полной месячной тепловой нагрузке рассчитывается по следующей формуле:

(5.8)

Значение в мае:

где = 0,78 - по графику зависимости ;

= 0,96 для всех месяцев отопительного сезона для коллектора с одинарным остеклением;

- число дней в месяце.

Доля месячной нагрузки, обеспечиваемой за счет солнечной энергии.

Рассмотрим расчет доли месячной нагрузки на примере мая месяца:

(5.9)

где значения X и Y принимаются из расчета, что площадь солнечного коллектора 3м².

Месячное количество тепла, обеспечиваемого солнечной энергией.

Пример для коллектора площадью 3 м²

Итоговая таблица 5.4. отражает отношение месячных тепловых потерь солнечного коллектора и количества энергии, поглощаемой пластиной коллектора к полной месячной тепловой нагрузке, при площади плоского солнечного коллектора без селективного покрытия с одним слоем прозрачной изоляции 3м².

Таблица 5.4.

Месяц	X/A	Y/A	Площадь коллектора, 3 м²
			X	Y	f	Q_ГВС,ГДж
Май	2,43	0,94	7,28	2,82	1,06	0,624
Июнь	2,28	1,10	6,84	3,31	1,14	0,603
Июль	2,23	1,13	6,69	3,38	1,15	0,624
Август	2,29	1,09	6,88	3,27	1,13	0,624
Сентябрь	2,45	0,88	7,36	2,64	1,02	0,603
Сумма						3,078
Доля годовой нагрузки, обеспечиваемой за счет солнечной энергии						110,28

Таким образом, можно сделать вывод, что плоский солнечный коллектор, площадью 3 м², полностью обеспечит семью из 2-х человек в летний период горячей водой.

6. Расчет системы теплоснабжения с помощью теплового насоса

.1 Расчета теплого пола

Средняя температура пола нормируется СП 60.13330.2012 "Отопление, Вентиляция и Кондиционирование"[20] пункт 6.4.8: « Среднюю температуру поверхности строительных конструкций со встроенными нагревательными элементами в расчетных условиях следует принимать не выше, °С:70 - для стен; 26 - для полов помещений с постоянным пребыванием людей; 23 - для полов детских учреждений согласно СП 118.13330 [21]; 31 - для полов помещений с временным пребыванием людей, а также для обходных дорожек, скамей крытых плавательных бассейнов».

Исходные данные, необходимые для расчета теплого пола представлены в таблице 6.1. Термические сопротивления слоев пола, представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.1

Исходные данные:

Наименование характеристики	Обознач.	Ед.изм.	Значение
Температура теплоносителя в подающем трубопроводе	t_п	^оС	37,5
Температура теплоносителя в обратном трубопроводе	t_о	^оС	32,5
Температура воздуха в рассчитываемом помещении	tв	^оС	20
Температура в нижележащем помещении	tниз	^оС	18
Внутренний диаметр труб теплого пола	Dв	м	0,013
Наружный диаметр труб теплого пола	Dн	м	0,016
Коэффициент теплопроводности материала труб	λ_тр	Вт/м К	0,35
Коэффициент теплоотдачи нижележащей горизонтальной поверхности	α_н	Вт/м2 K	8,7
Коэффициент внутренней теплоотдачи (передача тепла от теплоносителя к внутренней поверхности труб)	α_вн	Вт/м2 K	400
Коэффициент теплоотдачи пола	α_п	Вт/м2 K	12

Таблица 6.2

Термические сопротивления

Наименование материала слоя	Толщина,м	ΛВт/м К	R, м²К/Вт
Слои над трубами
Цементно-песчаная стяжка	0,035	0,93	0,038
Подложка под ламинат	0,002	0,030	0,067
Ламинат	0,18	0,083
Термическое сопротивление слоев над трубами,Rв 0,19 м² К/Вт
Слои под трубами
Цементно-песчаная стяжка	0,025	0,93	0,027
Пеноплекс 35	0,030	0,032	0,94
Плита железобетонная	0,2	2,04	0,098
Термическое сопротивление слоев под трубами, Rн1,06 м² К/Вт

. Средняя температура теплоносителя t_ср:

(6.1)

⁰С

2. Приведенное термическое сопротивление над трубами R_вв:

(6.2)

3. Приведенное термическое сопротивление под трубами R_нн:

(6.3)

. Угол между поверхностью пола и линией максимального термического сопротивления (вверх), градусы:

(6.4)

где В - шаг укладки труб, см (задаемся шагом 0,10/0,15/0,20/0,25 м);

∑- суммарная толщина слоев над трубами, м;

Принимаем шаг укладки В=0,15 м

5. Максимальное термическое сопротивление слоев труб над трубой R_вmax:

(6.5)

. Отношение тепловых потоков «низ/верх»:

, (6.6)

. Приведенное термическое сопротивление стенок трубы R_тр,:

(6.7)

8. Тепловой поток по направлению вверх q_в:

(6.8)

9. Тепловой поток по направлению вниз q_н:

(6.9)

Вт/м²

10. Суммарный удельный тепловой поток q_a:

(6.10)

11. Суммарный тепловой поток на погонный метр теплого пола q_l:

(6.11)

12. Максимальная температура пола t_пmax:

(6.12)

⁰C

. Минимальная температура пола t_пmin:

(6.13)

=22,507 ⁰С

. Средняя температура пола t_пср:

(6.14)

⁰С

Данная температура меньше нормируемой, а именно для зон с постоянным пребыванием людей температура пола не должна быть выше 26 ^оС (по 6.4.8 СП 60.13330.2012) В результате расчета, был подобран шаг труб водяного теплого пола, вычислены при этом шаге теплоотдача теплого пола и средняя температура поверхности пола.

6.2 Выбор теплового насоса

При моновалентном режиме работы тепловой насос используют в качестве единственного источника тепла, обеспечивающего все теплопотребление здания.

Был выбиран тепловой насос фирмы NIBE модель F1145-6.грунтовой тепловой насос для отопления одно- и малоквартирных жилых домов, небольших офисных и промышленных зданий. Основными источником тепла является тепло окружающей земли или воды.

Эта модель не только более эффективна, чем предыдущие поколения теплонасосов, но также сделана более удобной для использования.

Новый, интуитивно понятный цветной дисплей, делает управление теплонасоса простым.

Датчики тока, входящие в поставку, защищают электросеть от перегрузок, при недостатке электроэнергии ограничивают потребление тока тепловым насосом.

Тепловой насос продолжает эффективно работать при температуре во внешнем грунтовом горизонтальном коллекторе или скважине до минус десяти °С. Такие низкие, по сравнению с другими теплонасосами, температуры теплоносителя в грунте позволяют уменьшать размеры, и стоимость, земляных работ.

Уникальная интуитивно-понятная панель управления дает полный контроль над системой отопления.

Встроенный электрокотел дает возможность использования:

· автоматической санитарной обработки системы горячего водоснабжения от бактерий легионелла;

· в качестве бивалентного источника тепла в особо холодные дни года;

· как аварийная система отопления .

Максимальная температура теплоносителя поступающего из теплового насоса в систему отопления возможна до 65 °С такие высокие, для теплонасосов, температуры в системе отопления позволяют применить в здании отопительные приборы (радиаторы, конвектора и пр.) небольшого размера и стоимости.

Используемая модульная конструкция оборудования означает, что можно добавить аксессуары, такие как рекуператор тепла вентиляции, накопительный резервуар, модуль подогрева бассейна, кондиционирование, а также связь и управление через интернет или GSM, не меняя аккуратный, эргономичный внешний вид теплонасоса.

Специальная шумоизоляциятеплонасоса F1145 снижает шум до 43 дБ, что соизмеримо с работающим холодильником и обычно тише работающего газового котла.

В таблице 6.3 представлены характеристики, выбранного теплового насоса F1145-6.

Таблица 6.3

Характеристики теплового насоса F1145-6

Поставляемая/затрачиваемая мощность (B 0/W 35)*	6,4/1,3 кВт
Поставляемая мощность (B 0/W 50)**	5,1 кВт
СОР (B 0/W 35)*	4,93
СОР(B 0/W 35)**	3,46
Мощность нагрева электрокотла, ступенчато	2/4/6/9 кВт
Высота	1500 мм
Ширина	600 мм
Глубина	620 мм
Вес нетто	145 кг

6.3 Геотермальный контур

Для теплового насоса основной характеристикой показателя эффективности теплового насоса является коэффициент преобразования энергии СОР.

В процессе работы компрессор <#"805143.files/image174.gif">, (6.15)

где - вырабатываемая тепловая энергия;- потребляемая мощность, Вт.

Эта величина зависит от разности уровня температур в испарителе и конденсаторе (формула 6.16): чем больше разность, тем меньше эта величина.

, (6.16)- абсолютная температура приёмника тепла, K₀ - абсолютная температура источника тепла, K

µ - коэффициент учитывающий потери (трение, сжатие и т.п.)

Исходя из таблицы 6.3:

СОР= 4.93=35+273=308K₀=0+273=273K, значит µ:

(6.17)

Исходя из этого рассчитаем СОP при:=37,5 ⁰C=37,5+273=310,5 K₀=5+273=278 K

, (6.18)

Исходя из формулы (6.18) можно сделать вывод, что при неизменной (заданной 37,5 ⁰С) температуре теплоносителя контура отопления, при повышении температуры НПИ повышается СОР. Это означает, что для данной системы отопления, с требуемым СОР не ниже 5,35, требуется температура грунта не ниже 5 ⁰С. Из графика 6.1 следует, что глубина залегания геотермального контура должна быть не выше глубины 2м.

Распределение температур грунта, по глубине, для климатических условий города Екатеринбурга.

Рисунок 6.1

6.4 Выбор грунтового теплообменника

При выборе грунтового теплообменника, было принято решение остановиться на энергетической корзине (рисунок 6.2). Эта система прекрасно сочетается с различным оборудованием, обеспечивая оптимальное решение поставленных перед ней задач.

Места энергетическая корзина требует немного. Для того чтобы ее установить, роют котлован диаметром 3 м, глубиной от 4 до 5 м. Таким образом, нет необходимости привлекать буровую технику и получать разрешение на бурение.

Энергетические корзины могут работать не только «на обогрев», но и «на охлаждение», заменяя работу кондиционеров.

В данном случае, требуемая мощность складывается из мощности на отопление и горячее водоснабжение.

Результаты приведены в таблице 4.4.

Таким образом, можно сделать вывод, что потребуется мощность 5,2 кВт.

Смотря на таблицу 6.4. «Характеристика энергетических корзин» было принято решение установить 3 энергокорзины с мощностью отведения 1,6-2 кВт, а на рисунке 6.3. приведены зависимости удельной мощности отведения от типа грунта.

Таблица 6.4

Характеристика энергетических корзин

Зависимость удельной мощности отведения от типа грунта.

Рисунок 6.3

Таким образом, в отопительный период тепловой насос полностью покрывает нужды в виде отопления и ГВС.

7. Технико-экономическое обоснование проекта

.1 Расчет затрат на отопление и горячее водоснабжение для 1 года

Цель - выполнить технико-экономический анализ для автономной системы теплоснабжения с использованием солнечных коллекторов и теплового насоса.

В экономической части дипломного проекта рассчитываются показатели экономической эффективности вложений, такие как срок окупаемости, рентабельность и экономический эффект от внедрения установки.

Для сравнительного анализа рассмотрим затраты на отопление и ГВС для жилого загородного дома за период в один год. В данном поселке отсутствует газопровод, поэтому сравнение производим с затратами на теплоснабжение с помощью электрокотла.

Таблица 7.1

Потребление тепловой энергии по месяцам года

Месяц	Число днейв месяце	, Вт	, Вт	Q_от^месяц,ГДж	, ГДж	Q_тр^месяц,ГДж
Январь	31	4922	232,8	13,183	0,624	13,807
Февраль	28	4659	232,8	11,271	0,563	11,834
Март	31	3806	232,8	10,194	0,624	10,818
Апрель	30	2427	232,8	6,291	0,603	6,894
Май	31	-	232,8	-	0,624	0,624
Июнь	30	-	232,8	-	0,603	0,603
Июль	31	-	232,8	-	0,624	0,624
Август	31	-	232,8	-	0,624	0,624
Сентябрь	30	-	232,8	-	0,603	0,603
Октябрь	31	2607	232,8	6,983	0,624	7,607
Ноябрь	30	3779	232,8	9,795	0,603	10,398
Декабрь	31	4643	232,8	12,436	0,624	13,06

Так как на участке отсутствует централизованное отопление и горячее водоснабжение, расчет рентабельности и экономического эффекта можно производить на основании затрат на установку электрокотла или теплового насоса и солнечных коллекторов, а так же затрат на дальнейшую оплату электричества. Стоимость электроэнергии 2,15 руб/кВт·ч для однотарифного учета с 01.07.2014г. по 31.12.2014г.

Не зависимо от выбора отопительной установки, остается необходимость в прокладке теплого пола. Таким образом, эти затраты так же не скажутся на окупаемости.

Расчёт стоимости оборудования.

1. Электрокотел.

Выбран электрический котел Protherm СКАТ 6 KR. Он предназначен для отопления квартир и загородных домов. Котел оснащен электронным управлением с функцией ступенчатого включения и выключения мощности, циркуляционным насосом, стальным цилиндрическим теплообменником, интегрированным гидравлическим блоком, датчиком давления воды в системе отопления, предохранительным клапаном, мембранным расширительным баком.

Техническое описание

· Одноконтурные электрические котлы

· Мощность 6,0 кВт

· Возможность настройки до 4-х ступеней мощности

· Приготовление горячей воды 15,3 л/мин. (при ∆t=30oC) в дополнительном накопительном бойлере

· Контроль превышения напряжения

· Возможность работы с погодозависимой автоматикой

· Возможность каскадного соединения котлов

· Встроенный 10-ти литровый расширительный бак

· Встроенный циркуляционный насос с автоматическим воздухоотводчиком

· Возможность работы в сети напряжением 220В

Стоимость 32 200 руб.

Электропотребление 6,0 кВт·1,08=6,48 кВт (т.к. КПД = 0,92)

2. Тепловой насос + плоский солнечный коллектор.

Геотермальный тепловой насос NIBE F1145-6 EXP - 1 шт;

энергетическая корзина XLUponor- 3 шт;

Плоский солнечный коллектор INISO NEO 2.1 (1,6 м²);

Аккумуляторный бак мембранный Rucelf (300 л, 1 теплообменник, ТЭН 2,2 кВт));

Расширительный бак мембранный Varem, 12 л;

- Контроллер электронный SR 868 C8Q;

Насос Циркуляционный Wilo;

Предохранительный клапан;

Воздухоотводчик автоматический.

В таблице 7.1 и на рисунке 7.1 указана стоимость оборудования, входящего в состав гибридной автономной системы электроснабжения.

Структура затрат на компоненты системы в %

Рисунок 7.1

Таблица 7.2

Состав и цена оборудования

Наименование	Ед. изм.	Кол-во	Цена за единицу, руб
Геотермальный тепловой насос	шт.	1	298808
Контур низкопотенциального источника - энергетическая корзина XLUponor	шт.	3	61 240
Плоский солнечный коллектор INISO NEO 2.1 (1,6 м²)	шт.	2	37 562
Аккумуляторный бак мембранный Rucelf (300 л, 1 теплообменник, ТЭН 2,2 кВт))	шт.	1	26 110
Расширительный бак мембранный Varem, 12 л	шт.	1	2 100
Контроллер электронный SR 868 C8Q	шт.	1	4 670
Насос Циркуляционный Wilo	шт.	1	4 190
Предохранительный клапан	шт.	1	1 310
Воздухоотводчик автоматический	шт.	1	490

Общая стоимость системы равна: 596 522 руб.

(5.1)

где- стоимость теплового насоса;

- стоимость контура низкопотенциального источника;

-стоимость плоских солнечных коллекторов;

- стоимость аккумуляторного бака ;

С_{бакрасшир.}- стоимость расширительного бака;

-стоимость контроллера;

- стоимость циркуляционного насоса;

С_кл - стоимость предохранительного клапана;

С_взд - стоимость автоматического воздухоотводчика.

С_тн = 298 808 руб.

С_нпи = 61 240· 3=183 720 руб.

С_ск = 37 562·2= 75 124 руб.

= 26 110 руб.

С_{бакрасшир} = 2 100 руб.

= 4 670 руб.

= 4 190 руб.

С_кл= 1 310 руб.

С_взд= 490 руб.

С_с = 298 808+61 240·3+37 562·2+26 110+2 100+4 670+4 190+1 310+490 = 596 522 руб.

7.2 Расчёт срока окупаемости системы

Срок окупаемости системы рассчитывается для территории с децентрализованным теплоснабжением в сравнении с электрокотлом.

Характеристики электрического котла Protherm СКАТ 6 KR:

• мощность -6,5 кВт,

• срок службы -7 000 000 часов,

• стоимость -32 200 руб.

В данном случае срок окупаемости системы рассчитывается по формуле:

, (5.2)

где К_ЭС − капитальные затраты на гибридную систему, руб.,

К_ДГ − капитальные затраты на электрокотел, руб.,

И_ДГ − издержки при использовании электрокотла, руб.,

И_ЭС − издержки при использовании гибриднойсистемы, руб.

Поскольку срок службы гибридной системы составляет 30 лет, а электрокотла − 10 лет, то стоимость замены электрокотла за тот же период будет равна:

руб.

Стоимость всех затрат на электрокотлы равна:

К_эл = 32200 + 64400 = 96600 руб.

В кап.затраты на гибридную систему включена стоимость оборудования, срок службы которого не меньше 25 лет, при условии своевременного технического обслуживания.

Годовые издержки при использовании электрокотла рассчитываются по формуле:

И_эл = И_э + И_А + И_РЕМ, (5.3)

где И_э − издержки на оплату электроэнергии, руб./год,

И_А − амортизационные издержки, руб./год,

И_РЕМ − издержки на ремонт оборудования электрокотла, руб./год

Для выработки тепловой энергии за год электрокотлом эквивалентной т/э, вырабатываемой гибридной системой за год необходимо затратить 21

И_э = 25108,704(кВт·ч)·2,15(руб/кВт·ч)= 53983,714 руб./год

Амортизационные издержки вычисляются по формуле:

где Н_А − норма амортизации, % ,

К_эл − капитальные затраты на электрокотел, руб.,

Т_СЛ − срок службы всех электрокотлов, лет (принимаем 25 лет).

И_А = 0,04·96600 = 3864 руб./год

Издержки на ремонт электрокотла принимаем равные:

И_РЕМ = 0,2·И_А = 0,2·2683,33 =772,8 руб./год

Следовательно, издержки при использовании электрокотла равны:

И_эл = 58983,714+3864+772,8=63620,514 руб./год

Годовые издержки при использовании гибридной системы рассчитываются по формуле:

И_ЭС = И_А + И_РЕМ + И_ЭЭ, (5.5)

где И_А − амортизационные издержки, руб./год,

И_РЕМ − издержки на ремонт оборудования системы, руб/год,

Иээ - издержки на оплату электроэнергии, руб/год.

Амортизационные издержки вычисляются по формуле:

, (5.6)

где Н_А − норма амортизации, % ,

К_ЭС − капитальные затраты на гибридную систему, руб.,

Т_СЛ − срок службы гибридной системы, лет.

Издержки на оплату электроэнергии

Иээ = 6942,35 руб./год

Расчет производим учитывая коэффициент трансформации теплоты и затраты электрической энергии на работу гелиосистемы.

Срок службы гибридной системы равен 25 лет, следовательно,

И_А = 0,04·596522 =23860,88 руб./год.

Издержки на ремонт системы принимаем равные:

И_РЕМ = 0,05·И_А = 0,05·17963= 1193,044 руб./год.

Следовательно, издержки при использовании системы равны:

И_ЭС = 23860,88 + 1193,044 +6942,35 = 31996,274 руб./год.

Срок окупаемости системы в сравнении с электрокотлом в зоне децентрализованного теплоснабжения равен:

7.3 Расчёт себестоимости тепловой энергии, вырабатываемой гибридной системой

Стоимость тепловой энергии, вырабатываемой системой, включает все затраты за весь период осуществления проекта.

Тогда стоимость т/э определяется по формуле:

, (5.7)

где И_ЭС −годовые издержки при использовании гибридной системы, руб./год._ГОД − суммарная годовая выработка т/э от системы, кВт∙ч/год. (см. главу 4).

Себестоимость т/э, вырабатываемой системой, равна:

С=31996,274/21543,88 = 1,485 руб./кВт·ч

Таким образом, в ходе оценочного расчета, срок окупаемости капиталовложений составляет 16лет. Наиболее важными факторами, влияющими на окупаемость проекта являются:

- стоимость оборудования;

цена за кВт•ч электроэнергии, а также динамика ее роста;

эффективность преобразования солнечной энергии и тепла грунта;

В условиях постоянного роста цен на энергоносители, при грамотном внедрении проекта, существует потенциал для снижения срока окупаемости.

7.4 Анализ технико-экономических показателей проекта

Причиной высокого срока окупаемости гибридной установки автономного теплоснабжения является высокая стоимость ТН и СК, по сравнению с другими комплектующими станции (рисунок 7.1). Однако на сегодняшний день наблюдается тенденция падения цен на установки, работающие на возобновляемых источниках энергии, а так же их повсеместное распространение. Соответственно, снижение стоимости на комплектующие уменьшит и срок окупаемости всей системы в целом.

Себестоимость тепловой энергии, вырабатываемая гибридной системой (1,785 руб./кВт∙ч) очень низкая. По сравнению с централизованной сетью (1 291,86 руб./Гкал) доказывает, что гибридные системы рентабельно применять даже при близком расстоянии источника потребления тепловой энергии от линий электропередачи или централизованного отопления.

8. Безопасность жизнедеятельности

.1 Введение

.1.1 Цель дипломного проекта

Целью данного дипломного проекта является проектирование жилого дома, общей площадью 108,5 м², оснащенного автономными источниками горячего водоснабжения и отопления. Контроль за состоянием работы оборудования системы, осуществляется автоматически, с периодическими проверками жильцами дома, или специалистами, устанавливающими данное оборудование.

Исходя из этого, целями данного раздела являются:

• создание комфортных условий обитания человека;

• идентификация воздействий факторов среды обитания на человека;

• разработка мер защиты человека и среды обитания от негативных воздействий;

• обеспечение безопасности, экологичности техники и технологических процессов при их проектировании и эксплуатации;

• прогнозирование и оценка индивидуального и социального риска, а также последствий чрезвычайных ситуаций;

• разработка мер по предупреждению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

В этом разделе рассмотрены характеристики рабочего места инженера-проектировщика, разрабатывающего проект дома и системы теплоснабжения.

8.1.2 Краткая характеристика объекта

Солнечные коллекторы и тепловой насос размещены в поселке Ключевск, Свердловская область (сороковой километр Режевского тракта).

средняя температура января - −14 ºC;

средняя температура июля - +19 ºC;

среднегодовая температура - +2,6 °C;

среднегодовая скорость ветра - 3,2 м/с;

среднегодовая влажность воздуха - 71 %;

среднегодовое количество осадков - 498 мм;

8.1.3 Характеристика рабочего места

Рабочее место инженера-проетировщика находится в кабинете площадью 30 м², расположенного в здании конструкторского бюро по адресу город Екатеринбург, улица Большакова 97, 1 этаж.

Выполняемые операции: проведение расчетных и проектировочных работ с использованием ЭВМ.

Используемые материалы: жидкокристаллический монитор, системный блок, МФУ, телефон, калькулятор, настольная лампа. Продолжительность нахождения в помещении не более 8 часов.

8.2 Безопасность проекта

.2.1 Характеристика опасных производственных факторов и мероприятий по обеспечению травмобезопасности оборудования

В помещении отсутствует оборудование, имеющее движущиеся части являющиеся источником опасности. Отсутствуют трубопроводы, гидро-, паро-, пневмосистемы, предохранительные клапаны, и другие элементы, повреждение которых может вызвать опасность. Оборудование, используемое при работе, не нагревается до температуры, опасной для здоровья человека.

Помещение оборудовано системой отопления, системой кондиционирования воздуха, температура воздуха в помещении составляет 22-25°С.

Поверхность пола в помещении ровная, нескользкая, удобная для очистки и влажной уборки.

8.2.2 Электробезопасность

Данное помещение является нормальным (п. 1.1.6 ПУЭ ), беспыльным (п. 1.1.11 ПУЭ), с нормальной температурой воздуха и с изолирующим полом (половая доска, покрытая линолеумом). Таким образом, кабинет можно отнести к классу помещений без повышенной опасности (п. 1.1.13 ПУЭ).

В помещении для питания электропотребителей используется переменное напряжение U= ~220 В с частотой f =50 Гц.

В помещении предусмотрены основные меры защиты:

изоляция токоведущих проводов осветительных приборов, ноутбука;

недоступность токоведущих проводов осветительных приборов, компьютера;

защитное заземление выполнено согласно ПУЭ.

В качестве заземляющих устройств используется контур, выполненный по стандартам и подключенный к двум шинам сечением по 280 кв. мм, выведенных по наружной стене здания к заземляющему устройству, состоящему из 25 оцинкованных труб длинной по 2,5 м, вбитых в землю у фундамента.

8.3 Гигиеническая оценка условий и характера труда

.3.1 Освещенность

В дневное время суток освещение помещения осуществляется естественным образом через оконные проемы в наружных стенах.

Согласно СП 52.13330 - 2011 [28] для IV разряда зрительных работ, к которому относится работа проектировщика, необходимо, чтобы на рабочем месте было искусственное освещение 300 лк, КЕО естественного освещения при боковом освещении 1,5 %.Искусственное освещение комбинированное, помимо общего освещения предусмотрено и местное.

Эффективность осветительной установки определяют также и качественные показатели освещенности: цветопередача, пульсация освещенности, показатель ослепляемости, равномерность распределения яркости. индексом цветопередачи 50-55 и цветовой температурой 3500-3600 К (невысокие требования к цветоразличению). Таким характеристикам соответствуют лампы типа ЛБ.

Допустимая пульсация освещенности регламентируется в СП 52.13330.2011 [28] коэффициентом пульсации. Для IV разряда зрительной работы его значение не должно превышать 20 %. Поэтому лампы типа ЛБ необходимо включать по схеме с искусственным сдвигом фаз для снижения коэффициента пульсации с 24 % до 10,5 %.

Слепящее действие светильников регламентируется в СП 52.13330.2011 [28] максимально допустимым значением показателем ослеплённости. Для IV разряда зрительной работы его значение не должно превышать 40.

Равномерность распределения яркости характеризуется отношением максимальной освещенности к минимальной. Это отношение не должно превышать 3 согласно СП 52.13330.2011 [28] для IV разряда зрительной работы.

Цветопередача определяет влияние спектрального состава излучения искусственного источника света на воспринимаемый цвет объектов по сравнению с цветом этих объектов, при освещении этих объектов стандартным источником света. Оценка цветопередачи источника производится по цветовой температуре и индексу цветопередачи. Согласно СП 52.13330.2011 [28] при освещенности 300Лк и более рекомендуется источник света с индексом цветопередачи 50-55 и цветовой температурой 3500-3600 К (невысокие требования к цветоразличению). Таким характеристикам соответствуют лампы типа ЛБ.

.3.2 Состояние воздуха рабочей зоны

Рабочее место по категории проводимых в нем работ относится к категории Iа. К категории Iа относятся работы с интенсивностью энергозатрат до 120 ккал/ч (до 139 Вт), производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением.

Температура воздуха в помещении, температура рабочей поверхности, относительная влажность и скорость движения воздуха соответствуют допустимым нормативам СанПиН 2.2.4.548-96 [22], данные указаны в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочем месте производственного помещения

Категория работ по уровню энерготрат, Вт	Температура воздуха,°С	Температура поверхностей,°С	Относительнаявлажность,%	Скорость движения воздуха,м/с
I(а) (до139)	23-25	22-26	40-60	0,1

В помещениях с ЭВМ обеспечены оптимальные параметры микроклимата.

Сочетание температуры относительной влажности, скорости движения и запыленности воздуха представляет собой метеорологические условия производственной среды [22] (таблица 8.2).

Таблица 8.2

Показатели условий труда проектировщика

Название профессии	Проектировщик
Категория работ	Iа
Параметры микроклимата:	Период года
	Холодный	Теплый
Температура, ^оС	22-24	23-25
Относительная влажность, %	40-60	40-60
Скорость воздуха, м/с	0,1	0,1
Теплоизлучение, Вт/м²	70
Наименование вредного вещества на рабочем месте	Нет
Наименование энергетического воздействия на среду	Ионизирующие излучения, шум, электромагнитные излучения
Уровень энергетического воздействия	Минимальный
Площадь, приходящаяся на одного работающего, факт./норм., м²	15/6

Для повышения влажности воздуха в помещениях следует применять увлажнители воздуха, заправляемые ежедневно дистиллированной или прокипяченной питьевой водой. Помещения должны регулярно проветриваться, что обеспечивает улучшение качественного состава воздуха, в том числе аэроионный режим.

Уровни положительных и отрицательных аэроионов в воздухе помещений должны соответствовать нормам. СанПиН 2.2.4. 1294-03 [32].

Таблица 8.3

Уровни ионизации воздуха помещений при работе на видеодисплейном терминале и персональной ЭВМ

Уровни	Число ионов в 1 см³ воздуха
	п +	п -
Минимально необходимые	400	600
Оптимальные	1500-3000	3000-5000
Максимально допустимые	50000	50000

8.3.3 Виброакустические факторы

Установленное оборудование в нормальном режиме эксплуатации создает невысокий уровень шума, который не превышает 70 дБА, что соответствует значениям, установленным СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [23] для напряженности трудового процесса средней степени при легкой физической нагрузке в соответствии с таблицей 4.

Согласно государственному стандарту нормируемой шумовой характеристикой рабочих мест при постоянном шуме являются уровни звука и звуковых давлений в децибелах в октавных полосах.

Таблица 8.4

Эквивалентный уровень звука

Вид трудовой деятельности, раочее место	Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц.									Уровни звука и эквивалент-ные уровни звука (в дБА)
	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Работа, выполняемая с часто получаемыми указаниями и акустическими сигналами; работа, требующая постоян-ного слухового контроля; операторская работа по точному графику с инструк-цией; диспетчерская работа. Рабочие места в помещениях диспетчерской службы, каби-нетах и помещениях наблюдения и дистанционного уп-равления с речевой связью по телефону; машинописных бюро, на участках точной сборки, на телефонных и телеграфных станциях, в помещениях мастеров, в залах обработки информации на вычислительных машинах	96	83	74	68	63	60	57	55	54		65

Уровень вибрации также не превышает значений по СН 2.2.4/2.1.8.566-96 [23] категории 3, тип «б» - вибрация на рабочих местах, где нет машин, генерирующих вибрацию - приведенных в таблице 8.5.

Таблица 8.5

Предельно допустимые значения вибрации рабочих месткатегории 3 - технологической типа «б»

Среднегеометрическиечастоты полос, Гц	Предельно допустимые значения по осям
	виброускорения				виброскорости
	м/с		дБ		м/c·10		дБ
	1/3 окт.	1/1 окт.	1/3окт.	1/1 окт.	1/3 окт.	1/1 окт.	1/3 окт.	1/1 окт.
Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни		0,04		92		0,079		84

8.3.4 Защита от электромагнитных и ионизирующих излучений

Воздействие таких полей вызывает изменение обмена веществ на клеточном уровне. Переменные электромагнитные поля вызывают колебания ионов в человеческом организме.

В условиях помещения для проектирования оснащенного ЭВМ основным источником электромагнитных излучений является монитор. Стандарты на производство современных мониторов не допускают их изготовление с высоким электромагнитным излучением. На данном рабочем месте используется жидкокристалический монитор SAMSUNG, являющейся мировым лидером по продажам и уровню защиты от электромагнитных излучений.

Таблица 8.6

Временные допустимые уровни ЭМП,с оздаваемых ПЭВМ на рабочих местах

Наименование параметров ВДУ
Напряженность электрического поля	В диапазоне частот 5 Гц-2 кГц	25 В/м
	В диапазоне частот 2 кГц-400 кГц	2,5 В/м
Плотность магнитного потока	В диапазоне частот 5 Гц-2 кГц	250 нТл
	В диапазоне частот 2 кГц-400 кГц	25 нТл
Напряженность электрического поля		15 кВ/м

8.3.5 Эргономичность рабочего места

Рабочее место соответствует требованиям ГОСТ 12.2.032-78[41]. Конструкция рабочего места и взаимное расположение всех его элементов (сиденья, средства отображения информации, органов управления) соответствуют антропометрическим, физиологическим и психологическим особенностям конкретного работника, а также характеру выполняемой работы. Конструкция рабочей мебели (столы, кресла, стулья) в учебной комнате обеспечивают возможность индивидуальной регулировки соответственно росту работающего и создают удобную позу. Часто используемые предметы труда (письменные принадлежности, калькулятор, учебная и научная литература и др.) располагаются в оптимальной рабочей зоне, на одном расстоянии от глаз работающего. Все это помогает снизить утомляемость, повысить производительность. В целях обеспечения безопасности работающих предлагается рациональное размещение оборудования согласно СанПиН 2.2.4.1191-03.

Таблица 8.7

Классы условий труда по показателям напряженности трудового процесса

Показатели напряжённости	Характеристика показателя напряжённости	Класс усл. труда
Интеллектуальные нагрузки
Содержание работы	Эвристическая деятельность, требующая решения алгоритма, единоличное руководство в сложных ситуациях	3.2 вредный 2 степени
Восприятие сигналов (информации) и их оценка	Восприятие сигналов с последующим сопоставлением фактических значений параметров с их номинальными значениями. Заключительная оценка фактических значений параметров	3.1 вредный 1 степени
Распределение функций по степени сложности задания	Обработка, выполнение задания и его проверка	2 доп.
Характер выполняемой работы	Работа по установленному графику с возможной его коррекцией по ходу деятельности	2 доп.
Сенсорные нагрузки
Длительность сосредоточенного наблюдения (% времени смены)	до 25	1 опт.
Плотность сигналов (световых, звуковых) и сообщений в среднем за 1 час работы	до 75	1 опт.
Размер объекта различения (при расстоянии от глаз работающего до объекта различения не более 0,5 м) в мм	более 5 мм - 100 %	1 опт.
Нагрузка на слуховой анализатор (при производственной необходимости восприятия речи или дифференцированных сигналов)	Разборчивость слов и сигналов от 100 до 90 %. Помехи отсутствуют	1 опт.
Нагрузка на голосовой аппарат (суммарное количество часов, наговариваемое в неделю)	до 16	1 опт.
Эмоциональные нагрузки
Степень ответственности за результат собственной деятельности. Значимость ошибки	Несет ответственность за выполнение отдельных элементов заданий. Влечет за собой дополнительные усилия в работе со стороны работника	1 опт.
Степень риска для собственной жизни	Исключена	1 опт.
Количество конфликтных ситуаций, обусловленных профессиональной деятельностью, за смену	Отсутствуют	1 опт.
Степень ответственности за безопасность других лиц	Исключена	1 опт.
Продолжительность (в сек) выполнения простых заданий или повторяющихся операций	100-25	2 доп.
Время активных действий (в % к продолжительности смены). В остальное время - наблюдение за ходом производственного процесса	20 и более	1 опт.
Монотонность производственной обстановки (время пассивного наблюдения за ходом техпроцесса в % от времени смены)	Менее 75	1 опт.
Режим работы
Фактическая продолжительность рабочего дня	6-7 ч	1 оптимальный
Сменность работы	Односменная работа (без ночной смены)	1 опт.
Наличие регламентированных перерывов и их продолжительность	Перерывы регламентированы, достаточной продолжительности: 7 % и более рабочего времени	1 опт.

Так как только два показателя отнесены к 3.1, 3.2 степени вредности, а остальные показатели имеют оценку 1-го и 2-го классов, то напряженность труда относится ко 2 классу «допустимый».

8.4 Пожарная безопасность

.4.1 Определение категории помещения

В соответствии с СП 12.13130-09 [27], рабочее место соответствует категории В1 - В4, так как присутствуют твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы способные при взаимодействии с кислородом воздуха или друг с другом только гореть. Определение пожароопасной категории помещения осуществляется путем сравнивания максимального значения удельной временной пожарной нагрузки (далее - пожарной нагрузки) в лаборатории с величиной пожарной нагрузки, приведенной в таблице 8.8

Таблица 8.8

Категории помещения по пожароопасности

Кат. помещения	Удельная пожарная нагрузка g на участке, МДж•м^-2
В1	Более 2200
В2	1401-2200
В3	181-1400
В4	1-180

При пожарной нагрузке, включающей в себя различные сочетания (смесь) горючих, трудногорючих жидкостей, твердых горючих и трудногорючих веществ и материалов в пределах пожароопасного участка, пожарная нагрузка Q МДж, определяется по формуле:

(8.1)

где G_i - количество i-го материала пожарной нагрузки, кг; - низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДж·кг^-1.

Удельная пожарная нагрузка g определяется из соотношения

(8.2)

где S - площадь размещения пожарной нагрузки, м² (но не менее 10м²).

Материалы пожарной нагрузки, имеющиеся в помещении, их массы и низшая теплота сгорания приведены в таблице 8.9.

Таблица 8.9

Материалы пожарной нагрузки, имеющиеся в помещении

Материал	Общая масса G	Низшая теплота сгорания Q
Древесина(бруски)	30	13,8
Древесина(мебель)	150	13,8
Бумага(книги, журналы)	420	13,4
Резина	25	33,52
Органическое стекло	15	27,6

Офисное помещение можно оценить:

S = 30 м²

Таким образом, по пожарной нагрузке помещение относится к категории В3 [27].

В соответствии с ППБ 01 - 03 помещение оснащено порошковым огнетушителем вместимостью 10л (1 шт.)

Во избежание пожара нужно предотвратить перегрев оборудования и проводки в распределительном шкафу. Этого можно достичь, предусмотрев в конструкции шкафа вентиляционные отверстия.

При возгорании постороннего предмета применяются первичные средства пожаротушения (ящик с песком, огнетушитель, ведро с водой).

8.4.2 Мероприятия по противопожарной защите

1. Территория должна быть оборудована средствами пожаротушения согласно правилам пожарной безопасности. Огнетушитель выбирают по классу пожара. В данном случае класс пожара В3. Сигнализация о возникновении пожара в помещении не предусмотрена.

. Обеспечение легкого доступа к средствам пожаротушения.

. При обнаружении пожара или признаков горения необходимо немедленно сообщить об этом в пожарную охрану, принять по возможности меры по тушению огня, эвакуации людей и сохранности материальных ценностей;

Необходимо немедленно отключить электроэнергию, остановить работу вентиляции в аварийном и смеженном с ним помещениях, выполнить другие мероприятия, способствующие предотвращению развития пожара и задымления здания.

В помещении имеется план эвакуации, представленный на рисунке 8.1.

План эвакуации 1 этажа здания

Рисунок 8.1

.4.3 Устройство молниезащиты зданий и сооружений

Комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий от взрывов, загораний и прямых попданий молний, называется молниезащитой. Для приема электрического разряда и отвода токов молнии в землю служат специальные устройства - молниеотводы [29]. В здании, где находиться рассматриваемое помещение молниеотвод состоит из несущей части (опоры), молниеприемника, непосредственно воспринимающего удары молнии, токоотвода, соединяющего молниеприемник с заземлителем для отвода тока в землю. Молниеприемники изготовлены из стали (окрашены): стержневой - сечением 150 мм² и длиной 300 мм² и тросовый (много проволочный оцинкованный трос) - сечением не менее 50 мм².

8.4.4 Чрезвычайные ситуации

Возможные чрезвычайные ситуации, а также способы их предотвращения представлены в таблице 8.10.

Таблица 8.10

Возможные чрезвычайные ситуации, а также способы их предотвращения

Наименование аварийной ситуации	При каких условиях возможна аварийная ситуация		Возможное развитие аварии	Способы и средства предотвращения аварии		Методы по локализации аварии
1	2		3	4		5
Пожар в помещении	1.Неисправность электрооборудования 2.Сильный перегрев		Возгорание оборуд., здания, близ расположенных	1.Вызов пожарной охраны 2.До приезда пожарных		1.Эвакуация персонала 2.Полное отключение эл-ва.
		установки 3.Попадание молнии	сооружений, травмы сотрудников		тушение подручными средствами (огнету-шитель)		3.Тушение пожара подручными средствами 4.Немедлен-ный вызов пожарной охраны

Вопросами ЧС занимается Управление ГОЧС Чкаловского района.

Наводнение. Производится эвакуация работников в незатопляемые районы, руководство принимает комиссия по чрезвычайным ситуациям Управления ГОЧС Чкаловского района, проводится комплекс работ по спасению людей, оказавшихся в зоне затопления.

Наиболее эффективные методы борьбы с наводнениями - своевременная расчистка русел рек ото льда и заторов, устройство водохранилищ, струенаправляющих насыпей и защитных дамб.

Пожар. Наиболее вероятной чрезвычайной ситуацией является пожар. При обнаружении первых признаков пожара осуществляется эвакуация работников в безопасное место. При тушении пожара использовать огнетушители, пожарные краны, воду, песок, средства индивидуальной защиты, руководит эвакуацией комиссия по чрезвычайным ситуациям Чкаловского района.

8.5 Выводы

Рабочее место соответствует требованиям нормативных актов по следующим критериям:

микроклимат (СанПиН 2.2.4.548-96);

искусственное освещение (СП 52.13330.2011);

электробезопасность (ГОСТ 12.2.032-78);

пожарная безопасность (СП12.13130.09, ФЗ №123 Технический регламент «О требованиях пожарной безопасности»);

уровень шума (СН 2.2.4/2.1.8.562-96);

уровень вибрации (СН 2.2.4/2.1.8.566-96);

естественное освещение (СП 52.13330.2011).

9. Природопользование и охрана окружающей среды

Полная безопасность эксплуатации солнечных коллекторов и теплового насоса - отсутствие шума и выбросов в атмосферу и почву, совместимость с сельскохозяйственным производством и домашним хозяйством. При эксплуатации установки отрицательное воздействие на окружающую среду и людей возникает только в чрезвычайных ситуациях.

Частое использование установки приводит к эквивалентному снижению расхода органического топлива и соответствующему снижению загрязнения окружающей среды от его сжигания.

Технологические процессы, оборудование и вентиляция в рабочем помещении не оказывают неблагоприятного воздействия на атмосферный воздух, так как отсутствуют выбросы загрязняющих веществ.

Так как рабочее помещение не является источником воздействия на среду обитания и здоровье человека, то санитарная зона не предусматривается.

9.1 Основные источники загрязнения окружающей среды

сточная канава;

отходы производства и потребления;

Применяемые и рекомендуемые мероприятия по повышению экологической безопасности проекта.

) Канализация, оборудованная очистными сооружениями в соответствии с требованиями СНиП 2.04.08-85. В составе очистных сооружений должны быть предусмотрены:

устройства для равномерного распределения сточных вод и осадка между отдельными элементами сооружений, а также для отключения сооружений, каналов и трубопроводов на ремонт, для опорожнения и промывки;

устройства для измерения расходов сточных вод и осадка;

аппаратура и лабораторное оборудование для контроля качества поступающих и очищенных сточных вод.

Степень очистки сточных вод определяется в зависимости от местных условий и с учетом возможного использования очищенных сточных вод и поверхностного стока для производственных или сельскохозяйственных нужд.

) В соответствии с СП 2.1.7.1322-03 временное складирование отходов производства и потребления производится на открытых, специально оборудованных для этого площадках. Периодичность вывоза накопленных отходов регламентируется установленными лимитами накопления отходов производства и потребления. Перевозка отходов к вспомогательным производствам и на полигоны складирования осуществляются специально оборудованным транспортом основного производителя или специализированных транспортных фирм.

Согласно Федеральному классификационному каталогу отходов (с изменениями на 30 июля 2003 года) имеется два типа отходов:

• 57101300 13 00 5 Шланги пластмассовые, потерявшие потребительские свойства (позиция дополнительно включена со 2 сентября 2003 года приказом МПР России от 30 июля 2003 года N 663);

• 94900000 00 00 0 Отходы от водоэксплуатации.

Согласно каталогу опасными являются только шланги пластмассовые, потерявшие потребительские свойства, они принадлежат V классу опасности.

Эколого-экономическое обоснование параметров исследуемой гибридной автономной системы теплоснабжения следует производить с учетом экологической сопоставимости альтернативных вариантов. Обеспечение экологической сопоставимости энергетических объектов подразумевает (по аналогии с энергетической сопоставимостью, когда приравниваются мощности и выработка электроэнергии) приравнивание экологических воздействий и последствий. При сравнении разных типов автономных систем энергоснабжения с равными энергетическими показателями экологические воздействия и последствия их в натуральных показателях будут различными.

При сопоставлении системы электроснабжения с другими источниками децентрализованного энергоснабжения следует принимать во внимание следующие природоохранные достоинства:

простая эксплуатация, включающая возможность полной автоматизации обслуживания;

минимальное влияние на окружающую природную среду.

9.2 Выводы

Гибридная установка, предназначенная для выработки тепловой энергии, является нейтральной по отношению к окружающей среде (т.к. не приходится говорить об экономии традиционного топлива из-за ее малой мощности), экологически чистой, обеспечивающей безопасность человека при эксплуатации станции согласно ГОСТам и СНиПам.

Заключение

В ходе дипломного проектирования были решены следующие задачи:

рассмотрен вопрос о состоянии отрасли солнечных коллекторов

проанализированы режимы работы действующих гелиосистем;

проанализированы режимы работы тепловых насосов;

рассмотрены различные виды теплоизоляционных материалов;

произведен расчет энергетических показателей (потребностей) энергоэффективного дома для данных условий (географических координат);

осуществлен выбор теплоизоляционных материалов, типа и количества солнечных коллекторов, а также теплового насоса;

расчитаны необходимые характеристики солнечных коллектров и теплового насоса

произведен расчет теплого пола, как единственного источника отопления в доме;

выполнен расчет затрат дома на тепловую энергию за год по данным теплопотерям и затратам на ГВС;

осуществлен расчет основных технико-экономических показателей

рассмотрен вопрос о безопасности рабочего места инженера-проектировщика;

произведена оценка возможных чрезвычайных ситуаций и влияния гибридной системы на экологическую обстановку.

Что позволит обеспечить круглогодичное отопление и гвс Разработанный проект предложен для внедрения в частном жилом доме, в поселке Ключевск, Свердловской области. Согласно данному проекту, круглогодичное ГВС и отопление осуществляется с помощью солнечных коллекторов INISO NEO 2.1, площадью 3м² и теплового насоса фирмы NIBE модель F1145-6 …..

Список литературы

1. Самарин О.Д., Васин П.С., Зайцев Н.Н., Гарифуллин Р.Ф., Загорцева Н.В. Оценка энергоэффективности зданий и сравнительная эффективность энергосберегающих мероприятий. Сб. докл. конф. РНТО строителей, 2004, с. 56-60.

2. <http://www.ppu21.ru/article/107.html?mc=151>

3. <http://www.know-house.ru/waterproofing/>

. Ведомственные строительные нормы ВСН 52-86. «Установки солнечного горячего водоснабжения. Нормы проектирования».

. Ведомственные строительные нормы ВСН 56-87. «Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений. Нормы проектирования».

. ГОСТ 28310-89 Коллекторы солнечные. Общие технические условия. М.: Госстандарт, 1999.

. Матвеев А. В., Пахалуев В. М., Щеклеин С. Е. Применение искусственного освещения при теплотехнических испытаниях солнечных коллекторов // Энергосбережение: состояние и перспективы: Труды VIII Всероссийского совещания-выставки по энергосбережению, Екатеринбург, 20-21 марта 2007 г., ООО «РИА «Энерго-Пресс», Екатеринбург, 2007 г. 110 - 112 с.

. Матвеев А. В., Щеклеин С. Е. Особенности использования солнечного коллектора в Уральской климатической зоне // Перспективные энергетические технологии. Экология. Экономика, безопасность и подготовка кадров. Сборник научных трудов, Екатеринбург, 2006. 150 -153 с.

. Матвеев А. В., Пахалуев В. М., Щеклеин С. Е. Модель расхода теплоносителя солнечного коллектора в режиме естественной циркуляции // Энергосбережение: состояние и перспективы: Труды VIII Всероссийского совещания-выставки по энергосбережению, Екатеринбург, 20-21 марта 2007 г., ООО «РИА «Энерго-Пресс», Екатеринбург, 2007 г. 112 - 113 с.

. Безруких П. П., Арбузов Ю. Д., Борисов Г. А., Виссарионов В. А., Евдокимов В. М., Малинин Н. К., Огородов Н. В., Пузаков В. Н., Сидоренко Г. И., Шпак А. А. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России // СПб, Наука, 2002. 314 с.

. Виссарионов В. И., Дерюгина Г. В., Кривенкова С. В., Кузнецова В. А., Малинин Н. Г. Расчет ресурсов солнечной энергетики // Учебное пособие, Москва, издательство МЭИ, 1998 г. 59 с.

. СНиП 23-02-2003-«Тепловая защита зданий»

. СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»

. http://www. Teplovie-nasosi.com.ua - Официальный Интернет-сайт фирмы ООО "Тепловые насосы", 2010

. Тепловые насосные установки // Журнал "Мир климата", №32, 2008

. http://www.sm-okna.ru/production/steklopak/

. http://www. Noviterm.com.ua - Официальный Интернет-сайт фирмы "Новитерм"

. http://www.economic-energy.com.ua - Официальный Интернет-сайт фирмы "Компания ASOTEL(г.Харьков)",2010

. СНиП II-3-79• «Строительная теплотехника»

. СП 60.13330.2012 "Отопление, Вентиляция и Кондиционирование"

. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы: Пер. с англ. - М.:Энергоиздат, 1982. - 224 с.

. СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений»

. СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий»

. СанПиН 2.2.2. 542-96 "Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы"

. ГОСТ 30403-96 "Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности"

. НПБ 105-03 "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности"

. СП 12.13130.2009 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной безопасности».

. СП 52.13330.2011 СНиП 23-05-95• «Естественное и искусственное освещение».

. ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление»

. СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений»

. СНиП 2.04.01-85 "Внутренний водопровод и канализация зданий"

. СанПиН 2.1.7.1322-03 "Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления"

. Федеральный классификационный каталог отходов.

. Еремкин А.И., Королева Т.И. Экономика энергосбережения в системах отопления вентиляциии кондиционирования. - М.:Издательство: ассоциации строительных вузов, 2008 г. - 184 с.

. Макаров А.А. Перспективы развития энергетики России // Вестник РАН. 2009 №3.

. Тепловые насосные установки // Журнал "Мир климата", №32, 2008

. «Руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства». - М., Сельэнергопроект, 1981.

38. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года, 2009.

Проект энергообеспечения энергоэффективного дома для климатических условий города Екатеринбурга

Проект энергообеспечения энергоэффективного дома для климатических условий города Екатеринбурга

Похожие работы на - Проект энергообеспечения энергоэффективного дома для климатических условий города Екатеринбурга