Аналітичний огляд комбінованої системи опалення з грунтовим теплообмінником та сонячними колекторами

Ім'я файлу: Аналітичний огляд комбінованої системи опалення з грунтовим тепл
Розширення: docx
Розмір: 1331кб.
Дата: 28.01.2020
скачати

Аналітичний огляд комбінованої системи опалення з грунтовим теплообмінником та сонячними колекторами

1.1 Огляд систем теплопостачання з грунтовим теплообмінником

ОДНОТРУБНІ СИСТЕМИ ОПАЛЕННЯ.

Розглянемо застарілі однотрубні системи опалення з природним припливом, це некомфортні та неекономічні з точки зору споживання газу системи. Останнім часом в такі системи опалення почали встановлювати циркуляційні насоси, які збільшують швидкість потоку теплоносія по трубопроводах і більш рівномірно розподіляють теплоносій по дому, але загалом це не вирішує завдань по економії споживання енергоносіїв, так як сама схема опалення морально застаріла і не має можливості модернізації.

ДВОТРУБНІ СИСТЕМИ ОПАЛЕННЯ.

У даній двотрубній системі опалення, опалювальні прилади з'єднані між собою паралельно, тобто до кожного опалювального приладу підходять дві магістралі, що подає і зворотня магістраль. Основними достоїнствами даної системи є можливість рівномірного розподілу теплоносія, можливість оперативного регулювання кожного опалювального приладу індивідуально, тому що запірно регулююча арматура не робить ніякого впливу на інші опалювальні прилади, низький гідравлічний опір системи таі, як наслідок, можливість використання труб меншого діаметру.

Недоліки системи це в два рази, у порівняні з однотрубною системою опалення, збільшена довжина траси трубопроводів, що збільшує вартість системи.

ПРОМЕНЕВІ СИСТЕМИ ОПАЛЕННЯ (КОЛЕКТОРНІ СИСТЕМИ ОПАЛЕННЯ).

  Різновидом двотрубної системи опалення є променева (колекторна) система опалення. З точки зору енергоефективності це найбільш оптимальний варіант опалення, коли на кожне приміщення йде своя гілка - подає і зворотня труба. Це дозволяє максимально точно підтримувати задану температуру для приміщення з мінімальним негативним впливом на сусідні приміщення будинку.

  Як ми вже сказали, в даній системі встановлюються два колектори, на прямій та зворотній магістралях, до яких підключаються радіатори або тепла підлога. Колектори зазвичай встановлюються в спеціальній шафі і являють собою ділянку труби з безліччю відводів. Призначення колектора - збирати та розподіляти теплоносій за системою опалювання, відповідно, колектор на прямому трубопроводі забирає нагрітий теплоносій від котла і розподіляє між радіаторами, а колектор на зворотній магістралі збирає остиглий теплоносій від радіаторів і подає його в котел.

  Колектори встановлюють у спеціальний шафі, тим самим споживач має можливість компактно розмістити всю необхідну запірну і регулюючу арматуру (запірні крани, датчики і т.д.).

Модернізувати дану систему і внести тим самим істотний внесок в економію енергії можна шляхом встановлення деяких функцій, що відносяться до системи «Розумний будинок». Насамперед, це датчики зовнішнього управління та обміну даними. Ця функція дозволяє автоматично коректувати температуру теплоносія залежно від температури зовнішнього повітря. Також можна встановити датчики кімнатної температури та визначити пріоритетність контурів. Як правило, мова йде про пріоритет приготування гарячої води. На час роботи бойлера ГВС система відключає теплопостачання допоміжних контурів або теплопостачання всіх інших контурів системи опалення будинку. Це дозволяє зменшити потужність котельної установки, рівномірніше розподілити теплове навантаження в часі і, таким чином, знизити споживання палива.

  До очевидних переваг променевої системи опалення можна віднести: високий ККД, можливість реалізації гнучкої системи контролю температури кожного опалювального приладу, в тому числі за допомогою електроніки. Можливість прихованої установки повного комплексу запірної та регулюючої апаратури (термоголовки, автоматичні і ручні повітревідводчики, запірні крани, датчики температури, датчики протоку і т.д.). Можливість заміни опалювальних приладів без зупинки системи опалення.

  Недоліком системи є висока матеріаломісткість, а значить, і вартість системи.[ http://otoplenie.inffomax.com/sustema_opalenija.php]

1.2 Еволюція традиційних систем теплопостачання
В радянські часи, коли ніхто не озабочивался вартістю енергоносіїв, опалювальне обладнання і системи були досить примітивні, хоча робилися досить надійно і прослужили чимало років. Зараз пріоритети змінилися, стали актуальними сучасні енергозберігаючі технології, що дозволяють економити постійно дорожчають енергоносії.

Завдяки цьому традиційні системи стали досконалішими за рахунок впровадження таких рішень:

підвищення ККД всіх котельних установок, виключаючи електричні, оскільки їх ефективність і без того дуже висока (98-99%);
використання нових матеріалів і технологій для виготовлення радіаторів опалення;
впровадження сучасних засобів автоматики, керує роботою систем в залежності від погодних умов і часу доби, у тому числі і дистанційно;
застосування низькотемпературних опалювальних мереж – водяних теплих підлог з автоматичним регулюванням нагріву;
реалізація відбору тепла від викидається витяжного повітря при повітряному опаленні будівель (рекуперація).
Яскравим прикладом енергозберігаючого газового обладнання є конденсаційні котли, де встановлені найсучасніші теплообмінники. Справа в тому, що при згорянні метану утворюється вода, яка тут же випаровується у полум’ї пальника і таким чином забирає частину тепла, що виділяється. Теплообмінник конденсаційного котла влаштований так, щоб змушувати пари конденсуватися і віддавати цю енергію назад. За рахунок такого інноваційного рішення ККД теплогенератора досягає 110-115%.

Зазнали зміни і пальникові пристрої, тепер вони вміють самостійно дозувати кількість палива і повітря, а також автоматично змінювати інтенсивність горіння. Це стосується і твердопаливних котлів, що спалюють деревні гранули – пелети. Завдяки чистоті даного виду твердого палива, повної автоматизації процесу і розвинутої поверхні теплообміну сучасний пелетний котел може працювати з ефективністю до 85%.

Підвищення ККД звичайних дров’яних котлів для обігріву приватних будинків може бути досягнуто тільки за рахунок відбору тепла від димових газів, середній показник цих агрегатів становить 70-75%.

Сучасні опалювальні прилади виготовляються з найкращих теплопровідних матеріалів – алюмінієвого сплаву і стали, хоча й у чавунних батарей в стилі ретро ще залишається безліч шанувальників. Справжня новинка у сфері опалення – водяні плінтусні конвектори, виконані з мідних пластин і дуже ефективно передають тепло в приміщення приватного будинку.

Широко застосовуються підлогові системи опалення не можна назвати такими вже й новими. Але вони проявили себе на практиці як досить економічні і ось чому:

теплоносій в контурах теплої підлоги гріється не більше, ніж до 45 °С;
нагрівання кімнати відбувається всією поверхнею підлоги;
система добре піддається управлінню сучасними засобами автоматизації;
нагріта стяжка довго зберігає тепло після відключення нагріву.

Сучасні рішення в частині повітряного обігріву будівель полягають в тому, щоб не втрачати тепло, витрачене на нагрівання вентиляційного повітря. Відбір тепла від витяжного повітря здійснюється спеціальними теплообмінниками – теплообмінниками. Це дійсно інновації в опаленні, оскільки вони в змозі повернути до 80% витраченої енергії і передати її припливному повітрю, істотно економити енергоносії.[ http://poradu24.com/remontu/uteplennja/suchasni-sistemi-opalennya-novi-texnologiї-dlya-privatnogo-budinku.html]

1.3Скільки тепла можна отримати від різного вида палива;

Природний газ
Одиниця виміру - н. м3 (м3 при температурі 00С).
Qнр = 8,2 ... 9,2 кВт / н.м3 (без урахування енергії фазового переходу водяної пари).
ККД при спалюванні в звичайному котлі - 85-90%; ККД при спалюванні в конденсаційному котлі - 110-115%.
Зріджений газ
Одиниця виміру - л або кг
Qнр = 6,8 кВт / л або 12,8кВт / кг (щільність 530 кг / м3, без урахування енергії фазового переходу водяної пари).
ККД при спалюванні в звичайному котлі - 85-90%.
Дизельне паливо
Одиниця виміру - л.
Qнр = 10,2 кВт / л (щільність 860 кг / м3, без урахування енергії фазового переходу водяної пари).
ККД при спалюванні в звичайному казані з рідкопаливним пальником - 85-90%
Дрова Одиниця виміру - кг або м3. Qнр = 3,8 кВт / кг або 1800 кВт / м3 (щільність 480 кг / м3, вологість 30%, без урахування енергії фазового переходу водяних парів). ККД при спалюванні в твердопаливних котлі - 65-80%.
Пелети Одиниця виміру - кг. Qнр = 4,2 кВт / кг (щільність 680 кг / м3, вологість 10%, без урахування енергії фазового переходу водяної пари). ККД при спалюванні в пелетному котлі - 70-80%.

Вугілля (тип А) Одиниця виміру - кг. Qнр = 5,8 кВт / кг (щільність 1200 кг / м3, без урахування енергії фазового переходу водяної пари). ККД при спалюванні в твердопаливних котлі - 70-80%[

https://www.meibes.ua/assets/attachments/.../meibes_shpargalka_technika_2018_web.

]
1.4 Аналітичний огляд розповсюджених систем теплопостачання

Найрозповсюджений спосіб підтримки мікроклімату в котеджі являє собою водяне опалення.Це замкнута система по якій циркулює вода за допомогою насоса і підігрівається в теплообміннику який знаходиться котлі.

Котли можуть мати один або два теплообмінника. Поділятись на:газові,твердопаливні,електричні. Кожен з них мають ряд своїх переваг та недоліків.Взяти до уваги двоконтурний газовий котел.Такі котли виділяють теплову енергію не тільки на опалення будинку,а ще на гаряче водопостачання. Система є повністю автоматична власнику тільки потрібно встановлювувати температуру приміщення на терморегуляторі. Є прилади, які самі спрацьовують і запускаються, коли в приміщенні знижується температура. Двоконтурний газовий котел працює за наступним принципом:

- Якщо температура в будинку нижче комфортної, включається термостат, який сигналізує системі, що пора починати працювати.

- Відразу після цього відбувається запуск насоса, який повинен розрідить воду або антифриз в зворотному трубопроводі подачі.

- Теплоносій нагрівається і потрапляє в опалювальну систему.

- При досягненні необхідного тиску відбувається замикання контактів реле, що провокує запуск пальника.

- Всі ці дії контролює мікропроцесор.

Потужність, на якій працює обладнання, поступово збільшується до тих пір, поки теплоносій не прогріється до необхідної температури, потім в приладі включається режим модуляції. Котел може працювати в режимі очікування, коли в приміщенні створюється нормальна температура. При зниженні температури процес запускається наново.

За транспортування теплоносія відповідає циркуляційний насос. Ще устаткування оснащене триходовим клапаном. Його функція полягає в тому, щоб перешкоджати попаданню теплоносія в контур гарячого водопостачання. Вода в теплообміннику опалювальної системи транспортується по замкнутому колу, завдяки чому на внутрішній поверхні трубопроводу не залишається осад і прочищення системи потрібно вкрай рідко.

[http://dovidkam.com/remont/opalennja/princip-roboti-dvokonturnogo-gazovogo-kotla-klasifikaciya-priladiv.html]

Переваги газових котлів:

автоматична подача палива;
можливість налаштування температури в приміщенні;

Недоліки газових котлів:

необхідність влаштування димоходу;
необхідність передбачення котельні для великих потужностей;
зберання дозволів для встановлення;
наявність виникнення пожежі;
можлива тенденція до подорожання цін за паливо;

Газ як паливо ще використовується в конденсаційному котлі. Принцип роботи звичайного котла складається в тому що вода проходить через теплообмінник і йде на обігрівальні прилади і повертається охолоджена. В конденсаційному в процесі згорання накопичується водяна пара з якою видобуваєм додатково енергій. Тепло від теплообмінника переноситься на теплообмінник де проходить вода в системі опалення,а продукти згорання переносяться на інший теплообмінник і пара конденсується при цьому вивільняється тепло ,яке також йде на систему опалення.

Якщо будинок або квартира не підключені до газової магістралі, і немає можливості використовувати сучасні, повністю автоматизовані газові котли, то єдиним розумним рішенням буде встановити електрокотел. Адже принцип роботи електричного котла заснований на перетворенні енергії електромережі в теплову енергію: для нього необхідно лише наявність лінії електропередачі. Безумовно, є ще і твердопаливні котли, котли на рідкому паливі, але вони вимагають постійної дозаправки (складні в експлуатації), і їх неможливо встановити в квартирі.

Типи сучасних електрокотлів

Залежно від способу підігріву води сучасні котли поділяють на три види:

електродні;
тенові;
індукційні.

Тенові електрокотли

Такі котли — це традиційне рішення. Для нагріву теплоносія в них застосовується нагрівальний елемент спірального типу — ТЕН. При проходженні струму ТЕН розігрівається. Циркулюючи в контурі, вода відбирає тепло і повідомляє його радіаторів системи опалення (батарей).

Основні елементи котла тэнового

В процесі роботи на нагрівальному елементі відкладається вапно, що погіршує теплообмін між ним і теплоносієм. Тому час від часу доводиться використовувати спеціальні засоби, видаляють вапняні відкладення c поверхні Тена. Але це може стати проблемою тільки в тому випадку, якщо вода дуже жорстка.

Якщо з якої-небудь причини станеться витік теплоносія контуру — ТЕН може розігрітися вище допустимої температури. Це здатне призвести до виходу його з ладу і навіть виникнення пожежі. Сучасні моделі котлів обладнуються спеціальним захистом, що дозволяє знеструмлювати прилад при виникненні витоку. Але перед покупкою котла необхідно переконатися, що конкретна модель обладнана таким запобіжним пристроєм.

Індукційні електрокотли

Це нові пристрої, які з’явилися у продажу відносно недавно. Щоб розібратися, як працює електричний котел індукційного типу, досить розглянути такий відомий кухонний прилад, як індукційна плита. Відомо, що вона абсолютно не обпалює руку, навіть якщо до неї доторкнутися. Вся справа в тому, що вона випромінює електромагнітне поле, яке взаємодіє тільки з металом.

Принцип роботи котла індукційного

Всередині індукційного котла також знаходиться випромінювач і приймач випромінювача — трубопровід, по якому циркулює теплоносій. Поверхня такого приймача-теплоносія досить велика. Якщо на ньому і буде відкладатися вапно, то до того моменту, коли це почне позначатися на ефективності опалювальної установки, пройде досить багато часу

Електродні котли

Ці опалювальні прилади також з’явилися у продажу порівняно недавно. Відмінною їх рисою є те, що вони нагрівають теплоносій безпосередньо, без використання будь-якого нагрівального елемента. Особливістю схеми роботи електричного котла електродного типу є наявність спеціального перетворювача, який впливає на вільні іони у воді. При попаданні в змінне електричне поле іони починають коливатися, соударяются з іншими частинками, внаслідок чого виділяється тепло, теплоносій починає нагріватися.

Схема роботи електродного опалювального приладу

Унікальною рисою таких котлів є те, що вони абсолютно несприйнятливі до можливого витоку теплоносія. Якщо в іонній камері буде відсутня вода, то прилад просто перестане працювати і не зможе небезпечно перегрітися. Така конструкція забезпечує підвищену безпеку пристрою.

Але є і недолік таких котлів. У процесі роботи іони, взаємодіючи з електродами, поступово руйнують їх. Тому з часом електроди доводиться міняти. Зате в проточному контурі таких пристроїв практично не відкладається вапно.

Загальні особливості електричних котлів

Всі сучасні електрокотли володіють високим ККД (від 98%), компактні, дозволяють повністю автоматизувати опалювальну систему. Ці нагрівальні прилади абсолютно безшумні. При підключенні до них виносних датчиків дозволяють регулювати температуру повітря в кожному окремому приміщенні.

Основні переваги електричних котлів:

високий ККД;
безшумність;
компактність;
висока автоматизація;
простота підключення.

Недоліки:

висока вартість електроенергії;
високі вимоги до живильної силової лінії;[ http://dovidkam.com/remont/opalennja/sxema-ta-princip-roboti-elektrichnogo-kotla.html]

Твердопаливні котли встановлюють куди ще недотягнулися газові труби або немає ліній електропередачі. Часто його використовують як резервний котел в парі з газовим або електричним. Може працювати на кам’яному вугіллі,буре вугілля,брикети,деревина,пелети.головні переваги незначна ціна і доступність палива,недоліки неможливо зробити цілком автономним забезпечення палива.Навіть якщо пелетний котел може функціонувати автономно до двох тижнів то потім потрібно людині знов його завантажити.

1.6 Огляд альтернативних джерел енергії

Сонячна енергія

Сонячні електростанції активно використовуються більш ніж в 80 країнах, вони перетворюють сонячну енергію в електричну. Існують різні способи такого перетворення і, відповідно, різні типи сонячних електростанцій. Найбільш поширені станції, що використовують фотоелектричні перетворювачі (фотоелементи), об’єднані в сонячні батареї. Більшість найбільших фотоелектричних установок світу знаходяться в США.

Енергія вітру

Вітроенергетичні установки (вітряні електростанції) широко використовуються в США, Китаї, Індії, а також в деяких західноєвропейських країнах (наприклад в Данії, де 25% всієї електроенергії добувають саме таким способом).

Вітроенергетика є досить перспективним джерелом альтернативної енергії, в даний час багато країн значно розширюють використання електростанцій даного типу.

Біопаливо

Головними перевагами даного джерела енергії перед іншими видами палива є його екологічність і поновлюваність. До альтернативних джерел енергії відносяться не всі види біопалива: традиційні дрова теж є біопаливом, але не є альтернативним джерелом енергії. Альтернативне біопаливо буває:

- твердим (торф, відходи деревообробки і сільського господарства);

- рідким (біодизель та біомазут, а також метанол, етанол, бутанол);

- газоподібним (водень, метан, біогаз).

Енергія припливів і хвиль

На відміну від традиційної гідроенергетики, що використовує енергію водного потоку, альтернативна гідроенергетика поки не отримала широкого розповсюдження. До головних мінусів приливних електростанцій відносяться висока вартість їх будівництва та добові зміни потужності, їх за яких електростанції цього типу доцільно використовувати тільки в складі енергосистем, що використовують також і інші джерела енергії.

Основні плюси – висока екологічність і низька собівартість отримання енергії.

Теплова енергія Землі

Для розробки цього джерела енергії використовуються геотермальні електростанції, що використовують енергію високотемпературних ґрунтових вод, а також вулканів. На даний момент більш поширеною є гідротермальна енергетика, яка використовує енергію гарячих підземних джерел. Петротермальна енергетика, заснована на використанні «сухого» тепла земних надр, на даний момент розвинена слабо; основною проблемою вважається низька рентабельність даного способу отримання енергії.

Атмосферна електрика

Грозова енергетика, яка ґрунтується на захопленні і накопиченні енергії блискавок, поки перебуває в стадії становлення. Головними проблемами грозової енергетики є рухливість грозових фронтів, а також швидкість атмосферних електричних розрядів (блискавок), яка утрудняє накопичення їх енергії.[ http://moyaosvita.com.ua/astronomija/alternativni-dzherela-energiї-vidi-i-vikoristannya/] Для України через географічне роз положення добре підходить сонячна та геотермальна енергетика.
1.7 Розглянемо альтернативне опалення в дії

У природі існують кілька різних способів передачі тепла від одного об’єкта до іншого, а саме:

контактний – у цьому випадку тепло передається при безпосередньому контакті предметів. Гарячий предмет передає тепло до холодного.
конвективний – у цьому випадку тепло передається за допомогою проміжного теплоносія. Наприклад, традиційне радіаторне опалення, за допомогою якого нагрівається повітря, яке у свою чергу обігріває навколишні предмети.
радіаційний – нагрівання відбувається за допомогою хвиль інфрачервоного спектра. Останні два принципи розробники намагаються використовувати при конструюванні нових систем опалення.

Сонячні колектори, як опалювальні прилади

Енергія сонця – альтернативне опалення яке вважається одним з найефективніших на сьогоднішній день.

За останні роки на ринку з’явилася велика кількість геліосистем, в основі яких сонячні батареї й сонячні колектори. Найбільш широке застосування знаходять геліосистеми на основі вакуумних сонячних колекторів.

Сонячні колектори останніх років розробки досить ефективні в роботі, що є дуже важливо.

Такий варіант альтернативного опалення легко інтегрується в класичні системи опалення. Монтаж сонячного колектора не викликає особливих труднощів. Ціна сонячного колектора за останні роки сильно знизилася.

Принцип дії сонячного колектора полягає в тому, що випромінювання Сонця поглинається розміщеними над панеллю колектора трубами й потім перетвориться в тепло.

Трубки, по яким циркулює теплоносій, розташовані по центру сонячної труби, передають тепло в трубку теплозбірника.

Вода циркулює по трубі теплозбірника, що нагнітається насосом, який працює в повторно-короткочасному режимі. Коли вода проходить через теплозбірник, вона нагрівається на 10-15 градусів. При цьому втрати тепла в сонячному колекторі зведені до мінімуму. Це означає, що практично все тепло після поглинання віддається воді теплозбірника, замість того щоб піти в навколишнє середовище. А оскільки ефективність передачі тепла тепловими трубками дуже висока, те й сонячний колектор має високу теплопродуктивність більшу частину року. Як показують спостереження, у теплу пору року сонячні колектори здатні заощаджувати до 70-80% коштів на підігрів води.

Крім того, геліосистеми дозволяють абсолютно безкоштовно опалювати басейни й суттєво підтримувати тепловий баланс системи опалення в міжсезоння.

Також геліосистеми використовують для підтримки системи опалення (типу водяних теплих підлог).

До проблемних сторін сонячних колекторів, як альтернативних джерел тепла, можна віднести їхню високу вартість. За оцінками фахівців сонячні колектори починають окупати себе після 7-8 років експлуатації. Крім того, ефективність такого альтернативного опалення суттєво залежить від пори року й кількості сонячних днів у році. Геліосистеми потребують регулярного технічного обслуговування.

Теплові насоси

Теплові насоси – зовсім інше джерело – це інноваційне альтернативне опалення яке здобуло широку популярність в європі та північній Америці, та Канаді. Принцип роботи теплових насосів досить простий. Тепловий насос стискає (концентрує) розсіяне тепло за допомогою компресора. Завдяки чому, теплова енергія отримує більш високу концентрацію і температуру. За тим самим принципом тепло можна витягати також з повітря. На практиці це відбувається в такий спосіб – під землею майже скрізь є ґрунтові води, температура водоносних шарів відносно стабільна (зазвичай близько 10 °С). Після того як тепловий насос зробить стискання, температура води на виході з опалювального контуру буде вже близько 60-70°С.

Сама по собі вода, безумовно, не піддається стисканню.

Стискається теплообмінник – інертний газ фреон, який дуже чутливий до температури. Газ легко забирає тепло від ґрунтової води й через випарник, що являє собою фреоновий контур, з 10°С у води буде відібрано близько 4°С. У такий само спосіб тепло може бути відібране й через конденсатор. Важливо те, що при інсталяції такої системи весь процес підтримки температури в будинку можна доручити автоматиці. Автоматика теплового насоса зможе утримувати потрібну температуру в будинку незалежно від погодних умов.

У період з листопада по квітень температура ґрунтових вод коливається в межах від 8 до 10°С.

Теплові насоси, що працюють на електриці, відбирають тепло води й у дренажну свердловину скидаються вже остиглу воду.

Відібране тепло, насоси по системі вентиляції направляють у житлове приміщення. Як показує практика, таким чином можна вирішити проблеми теплопостачання середнього за площею будинку приблизно на 80% від його загальних потреб в теплі. Потужність теплового насоса й периметр його теплообмінної системи можуть бути різними.

Усе як завжди впирається в гроші. Так для опалення приміщення площею 100 кв.м. доведеться вкласти в устаткування суму від 4 до 6 тис. євро. Для опалення 200кв.м. відповідно 8-10 тис. і так далі. Бурові роботи можуть зайняти 2-3 дня, а глибина свердловини для теплового насоса повинна бути залежно від місцевості в межах від 60 до 200 м. при ширині 10-15 см. До позитивних сторін цього рішення можна віднести те, що установку можна застосувати навіть на малій площі ділянки. Обсяг робіт на реанімацію ділянки після буріння незначний.

Установка теплового насоса не впливає на рівень і температуру ґрунтових вод, оскільки самі по собі ґрунтові води безпосередньо не задіяні в процесі теплообміну.

У той же час ефективність теплового насоса виходить досить високою. У середньому, витрачаючи 1 кВт енергії на переміщення рідини під землю й назад, Ви отримуєте на виході 5-6 кВт енергії на опалення.

За приблизними оцінками опалення на теплових насосах в 5-6 разів вигідніше електричного. Тепловий насос може працювати як у режимі опалення, так і якщо буде потреба в режимі кондиціювання, що дає можливість підтримувати в будинку температуру від 16 до 30 градусів. Тепловий насос простий у використанні, вибухо- і пожежобезпечний. Але, як було сказано, з самого початку потрібні серйозні інвестиції для встановлення такого джерела альтернативного опалення.[ https://tvoeteplo.com.ua/alternatyvne-opalennya/]
1.8 Аналіз та види грунтових теплообмінників

Грунт-це джерело низько потенційної енергії з найбільшою тепловіддачею на протязі року.Тепло грунта може бути вилучино за допомогою грунтового колектора,грунтового зонда і компактного коллектора.

Для підвищення температури тепла вилученого з навколишній середовища,використовують замкнутий контур з спеціальною робочою рідиною хладагентом.Основними якостями хладагента-кипіння при низьких температурах.Оскільки процес кипіння рідини-це процес впітування тепла,то хладагент здатен поглинати тепло навіть при мінусовій температурі навколишній среди.Хладагент знаходячись в першопочатковій фазі,поступає в випарник де починає кипіти і приобразовуватись в пар,поглиная тепло.Після того пар поступає в компресор,де він хжимається при цьому швидко піднімається його температура. Для цього процесу необхідна електроенергія.

Грунтовий коллектор. Грунт акумулює енергію сонця або радіацію сонця,косвенно у вигляді тепла від опадів та воздуха. Горизонтальний грунтовий колектор складається із системи труб,що лежать на земельній ділянці на 20 см нижче границі промерзання. На такій глубині цілий рік зберігається температура 5-15 градусів. Колектор особливо підходить для будинків розміщених на великих земельних ділянках. Теплопередача залежить від особливостей грунту. Чим вологіший грунт тим більша теплопередача.

Компактний колектор зібраний з кількох колекторних матів,в яких входять багато тонких пластикових трубок. Цей тип грунтового колектора потребує меншої ділянки для встановлення. Колекторні мати з’єднуються паралельно за допомогою комбінацій распреділітеля/збірника. Система закладається на 20 см нижче промерзання грунта. Необхідно враховувати,що поверхня землі над ділянкою де встановлений колектор повинно освічуватись сонцем для того щоб земля мала можливість востановити тепло,яке було відібрано тепловим насосом.

Вертикальний грунтовий зонд- найбільш популярний спосіб відбору грунтового тепла. На графіку вказані температурні коливання грунта протягом року.На глубині від 18 метрів температура Землі до +10 градусів і постійна на протязі всього року.буріння свердловин проводиться на глибину сотні метрів,в неї опускається спеціальна конструкція із пластикових труб. В цих трубах буде циркулювати незамерзаюча рідина (россол). Россол передає тепло земли через теплообмінник в тепловий насос. Свердловина заливається тампонажним рас твором створює теплопровідний моноліт. Така конструкція являє собою вертикальний грунтовий зонд.

Грунтові води являються найбільш продуктивними джерелом тепла. Порівняно постійна протягом року температура 8-10 градусів дозволяє забезпечити саму високу область всіх систем тепловіддачу. Через подаючу свердловину грунтові води подаються до теплового насосу за допомогою погружного насоса,а потім відкидаються в приймаючу свердловину.
1.9 Огляд сонячних колекторів

Сонячні колектори призначені для перетворення сонячної енергії у теплову для підігріву води на побутові потреби та підтримки системи опалення. Завдяки конструктивним удосконаленням та високому коефіцієнту абсорбції (95%) сонячні колектори ефективно працюють майже 9 місяців на рік. Скло колекторів ударостійке, та гарантує механічну стійкість до атмосферних опадів (граду), чи попадання твердих предметів. Використання незамерзаючої рідини (розчину гліколю) забезпечує роботу колекторів за низьких температур повітря - до -30°С. Системи сонячного теплопостачання, якщо вони правильно розраховані та якісно змонтовані, вважаються одними із найбільш надійних та довговічних.

Плоский колектор – це добре теплоізольована засклена панель, у якій розміщена пластина поглинача сонячного тепла, і встановлені трубки з циркулюючою рідиною, яка відводить отримане тепло.

       Така пластина має спеціальне високоселективне покриття, що добре поглинає сонячну енергію. Нижня площина та бокові стінки колектора вкриті теплоізолюючим матеріалом. Але незважаючи на це, теплові втрати плоских колекторів із заскленого боку досить значні, особливо в зимову пору року при значній різниці температур теплоносія в колекторі та зовнішнього повітря. Треба звернути увагу на можливість блокування частини малих трубок у плоских колекторах кристалами нерозчинних солей, що створює додаткові “незручності” при експлуатації. Це знижує продуктивність колектора, та ускладнює процес обслуговування - промивання великої кількості малих паралельних трубок є проблематичним. При чому монтаж плоского колектора треба проводити з дотриманням певних правил - колектор достатньо важкий, він має встановлюватися на площину без перекосів. В інакшому випадку це істотно впливає на герметичність і скорочує термін експлуатації.
      Конструкції вакуумного трубчастого колектора  мають різні модифікації але в принципі схожі на будову термоса: одна скляна трубка знаходиться в іншій, більшого діаметра, а між ними - вакуум, самий кращий теплоізолятор

Завдяки цьому втрати на теплові випромінювання при підвищенні температури робочої рідини дуже низькі. В кожній внутрішній трубці вбудована мідна пластина поглинача з геліотитановим покриттям, це гарантує високий рівень поглинання сонячної енергії й дуже малу емісію теплового випромінювання. Всередині встановлена теплова труба, заповнена спеціальною рідиною, яка випаровується при нагріванні. Через з’єднувальні елементи “сухого” типу теплова труба приєднана до конденсатора у теплообміннику типу “труба в трубі”. Це дає змогу міняти вакуумні трубки. Завдяки такій конструкції вакуумні колектори з тепловою трубкою можуть працювати за температур до -35°С. Вакуумний колектор із дванадцятишаровим селективним покриттям, яке поглинає сонячне випромінювання і теплоізольоване вакуумом, затримує 98% сонячної енергії. В вакуумному колекторі повністю відсутні втрати по теплопровідності або конвекції. Оскільки повний коефіцієнт втрат у вакуумному колекторі низький,- менше 2%, то теплоносій у ньому може нагріватися до температури +250°С.
Таке селективне дванадцятишарове покриття у вакуумних трубок забезпечує максимальне поглинання енергії, завдяки чому колектори працюють також у несонячну погоду. Крім того, вакуумні колектори мають незаперечні переваги. Завдяки циліндричній формі трубок сонячні промені впродовж дня падають на однакову за площею поверхню – це як плоский колектор, що повертається за сонцем.
Це дає змогу колекторам працювати стабільно з максимальною потужністю протягом дня. Кругла форма елементів колекторів не накопичує бруду, стійка до атмосферного впливу.
Максимальна робоча температура системи може бути керована завдяки фізичним властивостям рідини у тепловій трубці та спеціальній конструкції накопичувача. Відтак, зникає потреба у складних системах контролю й забезпечується проста та безпечна експлуатація.
Термосифонні геліосистеми використовуються для компенсації сезонних теплових навантажень - роботи в теплі місяці року, для приготування гарячої води на обігрів води у відкритих басейнах, літніх пансіонатах та будинках відпочинку та ін.

Дана установка встановлюється на будь-який освітлений сонцем майданчик в південному напрямку, підключається до звичайної системою трубопроводів (як звичайний електричний бойлер). Застосування вакуумних труб з багатошаровим покриттям і тепловою трубкою більш ефективно забезпечує передачу тепла воді від сонця і забезпечить безперервність роботи пристрою навіть при виході з ладу кількох вакуумних труб.[ http://www.siriusone.net/index.php?action=page&page_id=56]

1.10 Комбіновані системи теплопостачання

Новітні системи теплопостачання будинків (в т.ч. енергоефективних) в переважній більшості випадків є комбінованими з високим ступенем автоматизації управління процесами підтримки параметрів мікроклімату приміщень. Ці системи теплопостачання засновані на використанні низько- та середньотемпературних опалювальних приладів. Низькотемпературні опалювальні прилади мають температуру поверхні теплообміну, яка не перевищує (30 ... 40) о С. Основний механізм передачі теплоти в таких системах опалення – вільна конвекція повітря (70%) уздовж нагрітої поверхні з поступовим перемішуванням його в об'ємі приміщення. Радіаційна складова теплообміну тут невисока (до 30%). Як приклад можна привести такі опалювальні прилади, як водяний (в т.ч. капілярний) і електричний (кабельні системи) теплі 31 підлоги, стіна або стеля; повітряна система опалення та кондиціонування за допомогою вентиляторних доводчиків (повітряних теплообмінників); плівкові системи опалення і т.д. Низькотемпературні системи опалення вкрай енергоефективні з використанням теплонасосних технологій в житлових і адміністративних будівлях. Рис. 1.1. Низькотемпературна система опалення Середньотемпературні опалювальні прилади мають температуру в діапазоні (40 ... 65) о С. При цьому має місце сукупність конвективного (60%) і радіаційного (40%) теплообміну, відповідно, з повітрям і предметами в приміщенні. Класичні приклади таких систем опалення: радіаторно-конвекторна система, твердотільний електричний акумулятор теплоти, що використовує пільговий тариф нічного провалу споживання електроенергії і т.д.

Середньотемпературні опалювальні прилади мають температуру в діапазоні (40 ... 65) о С. При цьому має місце сукупність конвективного (60%) і радіаційного (40%) теплообміну, відповідно, з повітрям і предметами в приміщенні. Класичні приклади таких систем опалення: радіаторно-конвекторна система, твердотільний електричний акумулятор теплоти, що використовує пільговий тариф нічного провалу споживання електроенергії і т.д. Середньотемпературні системи опалення поширені в житлових, адміністративних та промислових будівлях різного призначення. Джерело теплоти для них зазвичай виступає теплоносій від системи централізованого теплопостачання (ТЕЦ, котельні, когенераційні установки). Також, доцільно використовувати такі системи у поєднанні з тепловими насосами різних типів. 32 Рис. 1.2. Середньотемпературна система опалення Використання теплонасосних систем на основі відновлюваних джерел енергії – це реальна альтернатива використанню органічних палив. В літературі все більша увага приділяється питанням оцінки ефективності та впровадження теплонасосних технологій в системи теплопостачання споживачів. Так, в роботах [4,5] розглянуті принципові схеми таких систем. Описано основні переваги застосування теплонасосних технологій, в порівнянні з централізованим теплопостачанням. Рис. 1.3. Принципова схема комбінованої системи теплопостачання [5] У роботах [6-10] описані концепції та наведено конкретні приклади ефективності застосування теплових насосів. Зазначається, що при використанні теплонасосних систем теплопостачання у 2 – 3 рази знижується використання енергії, отриманої з вуглецевмісного палива та значно підвищуються комфортні умови 33 перебування всередині приміщень. Також, теплонасосні системи мають меншу інерційність роботи, ніж системи централізованого теплопостачання. У роботах [11-14] зазначено, що чим вище коефіцієнт термічного опору огороджувальних конструкцій, тим вигідніше застосування теплонасосних технологій для опалення, вентиляції та гарячого водопостачання будівель. Це пов'язано з невисокими температурами теплоносія на виході з теплового насоса, переходом від радіаторного опалення до підлогового (тепла підлога), застосуванням баківакумуляторів в системах гарячого водопостачання.
скачати