CC BY
37
строительная теплофизика и энергосбережение
Единая система панельно-лучистого обогрева и охлаждения с использованием геотермии от REHAU
А.Ю. Белоедов, С.Г. Булкин, Д.Н. Зинченко
ООО REHAU
2009 год встретил российских потребителей новым 5% повышением повышением цен на газ. Рост цен продолжится в первом, втором и третьем квартале — на уровне 7%, а в четвертом квартале цены поднимутся еще на 6,2%. В среднем за год тарифы на газ для россиян вырастут на 16%, в соответствии с государственной стратегией, направленной на достижение «равной доходности» с экспортными поставками.
Эта проблема, только-только встающая перед Россией, была весьма актуальной в Германии еще в 70-х годах прошлого века, когда разразился первый энергетический кризис и проводился поиск новых нетрадиционных решений и путей выхода из него. В то время появились очень интересные разработки, которые затем были доведены до конечного продукта, усовершенствованы, и в этом процессе самое активное участие принимала компания РЕНАи. Накопленный за тридцать лет опыт позволяет ей предложить готовые решения этих проблем.
Энергосбережение в зданиях должно базироваться на трех столпах:
— совершенствование теплозащиты, так как в плохо утепленном здании нет смысла проводить энергоэффективные мероприятия, ведь в этом случае большая часть тепла бесполезно уйдет на улицу;
— рациональное производство энергии, в том числе с использованием нетрадиционных источников энергии;
— рациональное распределение и передача энергии в здании.
Сложившаяся экономическая ситуация в России сделала уже сегодня энергосберегающие мероприятия конкурентоспособными с традиционными, и в первую очередь, с газоиспользующими системами.
Для усиления теплозащитных свойств ограждающих конструкций, и, в первую очередь, светоп-розрачных, через которые теряется около 37% тепловой энергии, компания РЕНАи предлагает свои проверенные более чем за 50-летний период эксплуатации системы светопрозрачных конструкций. Специалистами был проведен сравнительный анализ и выяснено, что по сравнению с традиционными окнами деревянных переплетах, окна из ПВХ профилей позволяют сэкономить 44 % энергии. Если взять такие системы, как Б1Ь-Оез1дп, ТЬегто-Эез1дп, Вп!!1ап1"-Оез1дп, то они позволят сократить теплопо-тери уже до 70% тепла, а СПта-Оез1дп или ЭЕЫЕО — до 90%. В основе разработки наиболее распространенной в Росси системы РЕНАи Б!В-Оез1дп лежат составляющие, которые позволяют обеспечить исключительность энергоэффективных характеристик окон из профилей этой системы: это глубина 70 мм, наличие ТЬегто-В!ок, и возможность установ-
ки стеклопакета толщиной до 41 мм. Высокая теплозащита такого оконного блока была установлена НИИ строительной физики РААСН: в ходе научного эксперимента был получен коэффициент приведенного сопротивления теплопередаче окна, равный 0,8 м2°С/Вт.
Один из решающих шагов на пути к энергосбережению — использование нетрадиционных (в том числе возобновляемых) источников энергии. Они позволяют не только уменьшить расходы на обеспечение здания теплом, но и дают возможность наладить автономное энергоснабжение без привязки к центральным магистралям. Это особенно актуально для удаленных районов, где подключение к традиционным источникам энергии затруднено, а порой и невозможно. Наиболее перспективным видом возобновляемой энергии, по нашему мнению, является геотермальная — энергия земли.
Энергию, получаемую от грунта, можно использовать независимо от погоды и времени года, так как грунт имеет круглый год достаточно стабильную температуру порядка + 8...+ 12 °С.
У REHAU есть несколько решений для отбора этой теплоты от грунта: грунтовый зонд RAUGEO sonde, грунтовый зонд HELIX и грунтовый коллектор RAUGEO collect. Для обеспечения максимальной надежности и большего срока службы REHAU делает ставку на материал труб PE-Xa или РЕ 100.
Для использования геотермальной энергии REHAU предлагает систему RAUGEO sonde PE-Xa (рис.1).
Рисунок 1. Зонд РАиЭЕО в сборе.
Благодаря особенностям используемого материала, зонд особенно устойчив к порезам, царапинам, точечным нагрузкам и другим возможным повреждениям. Кроме того, в основании зонда организуется поворот на 180°. Благодаря этому теплоноситель движется по одной трубе без переходов на другой материал. В основании зонда нанесен дополнительный защитный слой из усиленной стекловолокном смолы, что обеспечивает максимальную надежность в самой глубокой точке зонда под землей. Для монтажа грунтового зонда необходимо пробурить скважину О = 140 мм на глубину до 100 метров (рис.2). Располагать грунтовые зонды необходимо не ближе чем на расстоянии 6
строительная теплофизика и энергосбережение
Рисунок 2. Смонтированный RAUGEO sonde PE-Xa.
метров друг от друга. Грунт отдает свою энергию в зависимости от своего качественного и дисперсного состава: глины и суглинки дают порядка 40-50 Вт, а каменистый и влагонасыщенный грунт порядка 80-100 Вт с погонного метра геотермального зонда.
Для использования геотермальной энергии также возможно использование горизонтального грунтового теплообменника в виде трубного регистра кАЫЭЕО со!!ес1 РЕ-Ха (рис.3). Грунтовый коллектор укладывается с шагом 300—500 мм в заранее отрытый котлован или траншею глубиной на 1 м больше глубины промерзания грунта в исходном районе. При использовании труб из РЕ-Ха, благодаря его высокой абразивной устойчивости, вынутый грунт, как правило, можно вновь использовать для засыпки. Это позволяет избежать значительных земляных работ, связанных с большими затратами, и заметно снизить затраты на прокладку. Кроме того, благодаря более высокой теплопроводности смешанных почв, в сравнении с песком, повышается эффективность теплообмена грунта и теплоносите-
Рисунок 3. 1?АиОЕО со!ес+ РЕ-Ха.
ля системы теплоснабжения, а значит, снижаются эксплуатационные затраты.
Геозонд ИеНх (рис.4) — оптимальное решение геотермального тепло- и холодоснабжения, если площадь участка под застройку невелика, и если исключено бурение глубоких скважин под геозонды. Скважина бурится шнековым буром всего на 5 м, затем в нее устанавливается геозонд ИеНх и засыпается грунтом (рис 5). При этом можно добиться энергосъема до 700 Вт с каждого геозонда ИеНх, среднее же значение будет равно 400 Вт. Зонд вытягивается из 1,1м транспортного положения до 3,0 м в монтажном положении, за счет этого можно добиться минимальных транспортных и складских затрат (рис.6). А малые затраты времени на монтаж и укладку обеспечиваются фиксированным расстоянием между витками спирали и фиксированным диаметром зонда 380 мм.
Для повышения температурного уровня полученной из грунта тепловой энергии используются тепловые насосы: они забирают тепло у охлаждаемого грунта на низкотемпературном уровне и отдают его на конденсаторе на высокотемпературном уровне.
Этот способ экологически безопасного и надежного получения тепловой энергии позволяет не только снизить затраты на энергию, но и уменьшить количество выбросов С02, поскольку для получения тепла не требуется сжигать традиционные углеводородные теплоносители (уголь, мазут, газ).
Температурный потенциал теплоносителя, который может поддержать тепловой насос, ва-
Рисунок 4. Геозонд Helix.
строительная теплофизика и энергосбережение
Рисунок 5. Монтаж зонда Helix.
Рисунок 6. Монтажное (слева) и транспортное (справа) состояние зонда Helix.
рьируется в диапазоне + 50 ...+ 55 °C. Такие параметры теплоносителя могут быть реализованы в системах горячего водоснабжения и отопления, но не традиционной (радиаторной системе), а в системе панельно-лучистого обогрева.
Для обеспечения комфортного микроклимата в помещении на сегодняшний момент существует великое множество решений. Но в большинстве случаев эти системы основываются на таком понятии, как конвекция. REHAU, отходя от сложившейся тенденции, предлагает лучистую систему — единую систему панельно-лучистого обогрева/охлаждения. Основой работы системы является излучение. Как известно, 50% всего тепла, которое отдает и принимает человек, происходит именно за счет лучистой составляющей теплообмена, тогда как на
долю конвективной приходится лишь 25%. Одним из главных преимуществ единой системы является возможность совмещать систему отопления, например «теплый пол», с системой охлаждения. При этом затраты на систему охлаждения равны затратам на систему автоматического регулирования для переключения режимов обогрева и охлаждения. А холод для этой системы можно забирать напрямую от грунта, в обход теплового насоса, используя при этом потенциал естественного температурного уровня грунта, +10 °C, что более чем достаточно для лучистого охлаждения помещения. При работе системы исключается перегрев наружных ограждений за счет использования поверхностного охлаждения, комфортная работа системы в обоих режимах обеспечивается за счет равномерного температурного поля, образуемого развитой поверхностью отопления-охлаждения и оптимальных температур на поверхностях (+26 °C в холодный период года и +20 °C в теплый период года).
Конструктивно системы панельно-лучистого отопления-охлаждения представляют собой греющий / охлаждающий контур из полимерных труб, заложенный в тело ограждающей конструкции (рис.7) или прикрепленный к ней. Как правило, системы делятся на потолочные (рис.8), стеновые (рис.9) и напольные (рис.10). «Мокрый» способ монтажа позволяет удобно, экономично и достаточно быстро крепить трубные регистры как к поверхности пола, так и к поверхности стены, с последующей заливкой стяжки и оштукатуриванием соответственно. Разнообразие схемных решений дополняет «сухой» способ монтажа единой системы обогрева/ охлаждения. Готовые гипсоволоконистые панели четырех типоразмеров (рис.11) позволяют в несколько раз ускорить время и сократить затраты на монтаж. Благодаря снижению пиковой нагрузки при
Рисунок 7. Готовые модули для устройства системы темперирования ядра бетонных перекрытий
строительная теплофизика и энергосбережение
Рисунок 8. Монтаж готовых потолочных панелей обогрева и охлаждения.
Рисунок 9. Монтаж мокрым способом настенного контура системы обогрева и охлаждения.
Рисунок 10. Монтаж мокрым способом напольного контура системы обогрева и охлаждения.
Рисунок 11. Сухой способ монтажа. Монтаж готовых настенных панелей обогрева и охлаждения.
охлаждении помещения, становится возможным подбор холодильной машины (при использовании традиционного источника холода) с установочной мощностью в 2 раза меньшей, чем при использовании конвективной системы. При этом возможна экономия на этапе капитальных вложений в проект, (покупка менее мощного, следовательно, и дешевого холодильного агрегата), так и на плате за лимит электроэнергии, необходимого зданию.
По сравнению с традиционными системами, единая система панельно-лучистого обогрева и охлаждения позволяет сократить расход энергии до 30%. Компания РЕИАЫ рекомендует реализовывать такие системы на основе своих трубопроводов, которые могут закладываться в бетонной стяжке, под штукатурку или в толщу бетонного перекрытия и служить столько, сколько будет служить строительная конструкция, в которую эти трубы закладываются.
На территории Германии, а также других европейских стран, было осуществлено множество объектов с применением единой системы обогре-
строительная теплофизика и энергосбережение
Рисунок 12. Монтаж системы геотермального теплоснабжения и холодоснабжения в г. Эрланген.
Рисунок 13. Жилой комплекс в Наро-Фоминском районе.
ва/охлаждения и геотермии. В качестве примера можно привести «внутренний» проект энергетической реконструкции офисных зданий для офиса компании РЕНАи в городе Эрланген, Германия (рис. 12).
В ходе переоборудования были обеспечены мощности для отопления и охлаждения в объеме 60 кВт. Для этой цели использовано одиннадцать
геотермальных зондов из сшитого полиэтилена (РЕ-Ха) глубиной 95 метров каждый.
Богатый опыт, накопленный в данной сфере европейскими странами, появление новых перспективных материалов и систем — прекрасный стимул использовать возобновляемые источники энергии и в российских условиях, где подобная практика имеет большое будущее.
Доказательство тому — уникальный жилой комплекс «Первомайское» в Нарофоминском районе Московской области (рис.13). Он состоит из четырехэтажных монолитных жилых домов, которые снабжаются теплом и горячей водой полностью за счет использования теплоты местного грунта, а микроклимат в помещениях зданий поддерживается только за счет единой системы панельно-лучис-того обогрева и охлаждения. Организовать независимое энергоснабжение зданий и обеспечить температурный комфорт для их жителей помогли инновационные продукты компании REHAU, известного мирового производителя энергосберегающих систем для строительной отрасли.
Было проведено сравнение стоимости устройства инженерных систем (системы отопления, кондиционирования воздуха, тепло/холодоснабжения) в индивидуальном жилом доме общей площадью 200 м. Сравнивались варианты традиционного оборудования инженерных систем и устройство энергосберегающих систем от REHAU. В результате расчетов была получена стоимостная диаграмма (рис.14).
Бережное отношение ко всем ресурсам, а особенно энергетическим, из просто красивых слов перерастает в насущную потребность. Все развитые страны, так или иначе, уже находятся в пути к решению проблем энергоснабжения. И Россия не
должна стать исключением
ЕВРО
70 000 60 000
О Подключение электроэнергии
Щ Буровые работы
щ Подключение газа
□ Котел/тепловой насос
Геозонды
П Сплит-система
кондиционирования
щ Радиаторное
отопление/единая система обогрева и охлаждения
2 3 4 5 6
В А Р И А Н Т Ы
Рисунок 14. Стоимостная диаграмма.
50 000
40 000
30 000
20 000
0 000
0
