Многоэтажный жилой дом с автономным тепло- и горячим водоснабжением
министерство образования и науки украины
Запорожская государственная инженерная академия
кафедра энергетического менеджмента
КОНТРОЛЬНАЯ
РАБОТА
По
курсу: «Энергосбережение в технологических установках»
Тема:
«Многоэтажный жилой дом с автономным тепло- и горячим водоснабжением»
Выполнил ст. гр. ЕМ-10зм
Балюлин А.Г.
Принял доцент Лохматов А.Г.
г.
Запорожье
г.
Типовой единицей ЖКХ является жилой дом.
Например, пятиэтажный трёхподъездный жилой дом размерами 15 ×
90 м
с количеством жильцов 225 чел. в г. Киеве. Такой дом является наиболее
характерным для больших и малых городов Украины. Расход тепла для отопления
(180 дней) составляет 0.493 ГДж / (м2 ∙ год), что
соответствует мощности отопления Nот =201,1 кВт. Норма
горячего водоснабжения (ГВС) 105 л / (чел ∙сут), которая соответствует Nг.в.
= 54,7 кВт.
Энергия солнечной радиации, достигающая
поверхности земли в Киеве составляет 1387 кВт*ч/м2 за год, за 6
тёплых месяцев - 1026 кВт*ч/м2, а это 74 % от общегодовой (по данным
на 2000 год). Очевидно, что для использования избытка тепла летних месяцев в
зимний период необходимо долговременное аккумулирование теплоты. Для этого
лучше всего подходит грунтовой массив, который обеспечивает почти полное
извлечение тепловой энергии. Аккумуляция - разрядка осуществляется при помощи
системы грунтовых теплообменников, размещённых в буровых скважинах. При
извлечении теплоты их температура поднимается тепловыми насосами (ТН) до
необходимого уровня. Т. к. 26 % общегодового поступлення солнечной радиации
приходится на 6 холодных месяцев года, то имеет смысл использовать и её.
Технические решения выглядят так (рис.1). Крыша
заменяется солнечными коллекторами (СК) 1 и 2. Коллекторы 9 устанавливаются и
на козырьках крыши (возможен вариант установки в стене). Под средней секцией
дома располагается система грунтовых теплообменников 5, которые образуют
теплообменный массив 6. Чтобы уменьшить глубину бурения скважин под
теплообменник можно установить теплоизоляционный щит 4. В подвальном помещении
средней секции дома монтируется распределяющая система пучка грунтовых
теплообменников и необходимое насосное 7 и теплонасосное 8 оборудование, а
также круглосуточная регулирующая ёмкость горячего водоснабжения (ГВС) 3.
Рис.1 Разрез жилого дома:
,2,9 - солнечные коллекторы; 3 -
ёмкость ситемы ГВС; 4 - теплоизоляционный щит; 5 - грунтовые теплообменники; 6
- грунтовый аккумулятор; 7 - гидравлический насос; 8 - тепловой насос.
Принципиальная схема теплоснабжения
дома (рис.2) разделяется на 3 подсистемы:
а) грунтового аккумулирования,
которое включает элементы оборудования 1-3-14-12-1;
б) разрядки аккумулятора с
элементами 1-14-12-1, которая обеспечивает теплоснабжение для отопления;
в) ГВС 3-4-5-15-3.
Рис. 2 Схема теплоснабжения жилого
дома:
- грунтовый аккумулятор; 2 -
регулирующие вентили; 3 - солнечные коллекторы; 4 - ёмкость теплосистемы ГВС; 5
- насос теплосистемы ГВС; 6 - ёмкость системы ГВС; 7 - система ГВС; 8 - ёмкость
системы отопления; 9 - система отопления; 10 - насос системы отопления; 11 -
тепловой насос системы отопления; 12 - насос системы аккумулирования -
разрядки; 13 - регулирующие вентили; 14 - ёмкость системы аккумулирования -
разрядки; 15 - тепловой насос системы ГВС; 16 - насос системы ГВС.
Для максимального извлечения
полученной СК теплоты необходимо стремиться получить температуру промежуточного
теплоносителя равной температуре окружающего воздуха. Тогда минимизируются
потери энергии в СК и его КПД определяется оптической проницаемостью защитного
стекла (ηс.к = 0,826).
Такой режим легко достигается для систем прямого ГВС. Естественно, что наиболее
неблагоприятным является декабрь, когда необходимо задействовать 1837 м2
площади СК. Среднегодовое значение части энергии, подводимой к ТН ГВС = 14,7
кВт, что почти в 4 раза меньше необходимой.
Однако ГВС неравномерно на
протяжении суток (см. рис. 3).
Рис. 3 График суточного потребления
ГВ (в процентном соотношении к среднесуточному расходу в час).
Объём регулирующей ёмкости в данном
случае должен составлять 10,2 м3, как правило его распределяют между
2-мя или 3-мя ёмкостями.
Организация отопления делится на 2
подцикла - сначала грунтовое аккумулирование теплоты на протяжении 6-ти тёплых
месяцев, затем её извлечение в отопительный сезон с повышением температуры до
необходимой тепловыми насосами.
Наиболее эффективный способ
отопления - это система «теплый пол» с температурой теплоносителя 25 - 35 °С.
Для обеспечения конечной температуры теплоносителя ок. 30 0С
достаточно на выходе с теплового насоса иметь 35 0С. тепло вода снабжение жилой дом
Первый цикл - грунтовое
аккумулирование теплоты. Исходная температура грунтового массива порядка 10 оС.
Конечная температура основной области аккумулирования может быть ограничена 40 0С.
Температурный напор аккумулирования - разрядки около ±7 °С и характер изменения
близкий к линейному, тогда площадь СК для отопления должна быть 1422 м2.
С учётом ГВС при максимальной нагрузке площадь СК должна быть 1808 м2.
После проведения расчётов по
методикам, подтверждённым эмпирически оказалось, что расход энергии для
отопления почти в 10 раз меньше необходимого. Общая энергоэффективность
отопления и ГВС теплоавтономного дома предполагает уменьшение потребления
энергии в 6 раз.
Более того дом
является теплоавтономным, т. е. не требует затрат тепловой энергии извне
и представляет собой энергогенерирующий объект. Излишки тепловой энергии
в пиковых загрузках могут передаваться следующим (по теплосети) потребителям,
имеющим недостаток тепловой энергии.
Технико-экономический анализ
показывает, что средний срок окупаемости 3,96 года (стабильность - кризис), т.
е. через 4 года этот проект будет давать ежегодную прибыль 880 тыс. грн. на
период действия «зелёного тарифа» (ок. 10 лет) в ценах 2008 года.