CC BY
36
ЭКОНОМИКА СТРОИТЕЛЬСТВА
ПРОКОФЬЕВА ГАЛИНА ИВАНОВНА, доцент, galinaivanovnapr@mail. ru
ГУСАКОВА НАТАЛЬЯ ВАСИЛЬЕВНА, ст. преподаватель, gusakovanata@mail. ru
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ МАЛОЭТАЖНОЙ ЖИЛОЙ И СОЦИАЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
В статье дается обоснование применения системы отопления с использованием низкопотенциальных источников тепла. Отопление детского дошкольного учреждения производилось при помощи тепловых насосов, позволяющих получить до 85 % тепловой энергии бесплатно.
Проводилось сравнение общего годового расхода тепловой и электрической энергии, расходуемой на отопление и горячее водоснабжение при центральном теплоснабжении и использовании глубинного тепла земли, на примере детского дошкольного учреждения. В качестве базового детского сада был принят ранее запроектированный детский сад, отвечающий требованиям энергоэффективности с точки зрения архитектурно-строительных решений с центральной системой отопления и водоснабжения.
Применение геотермальных источников позволит сэкономить 429 МВт энергии и получить годовой экономический эффект за счет экономии на коммунальных платежах 351,112 тыс. руб.
Ключевые слова: технологии энергосбережения; энергосбережение; теплоснабжение; малоэтажная жилая застройка.
GALINA I. PROKOF'EVA, A/Professor, galinaivanovnapr@mail. ru NATAL'JA V. GUSAKOVA, Senior Lecturer, gusakovanata@mail. ru
Tomsk State University of Architecture and Building, 2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia
© Г.И. Прокофьева, Н.В. Гусакова, 2014
ECONOMIC FEASIBILITY
FOR ENERGY SAVING TECHNOLOGIES
IN LOW-RISE AND SOCIAL INFRASTRUCTURE
CONSTRUCTION
This article describes heating systems using low grade heat sources. Heat pump units were used for heating preschool which allow saving up to 85 % of heat energy. A comparison was made for the annual heat and electric power consumption in a previously designed kindergarten which meets the requirements of energy efficiency with central heating services and water facilities. As a result, the difference between the annual heat and electric power consumption provided by centralized services and that one provided by the deep heat of the earth would save power up to 429 MWt and utility payment of 351 112 rubles.
Keywords: energy saving technology; energy; heat; low-rise housing construction.
Решение проблемы энергоэффективности - один из приоритетов национальной политики России. Ресурсы невозобновляемых источников энергии заканчиваются, поэтому многие ученые осуществляют поиск нетрадиционных возобновляемых источников энергии [1].
Как показал мировой опыт, наиболее эффективным направлением в технологии использования нетрадиционных источников энергии является применение теплонасосных систем теплоснабжения, использующих в качестве источника тепла грунт поверхностных слоев земли. При этом выделяется два типа тепловой энергии: высокопотенциальная и низкопотенциальная. Применение высокопотенциальной тепловой энергии, обусловленное использованием гидротермальных ресурсов, ограничено в России географически.
Использование низкопотенциального тепла с применением тепловых насосов возможно в России практически повсеместно. В настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений применения нетрадиционных возобновляемых источников энергии.
На территории Томской области актуальным является использование низкопотенциальной энергии земли, где в качестве главного энергоресурса выступает земельный участок.
Ввиду суровых климатических условий в нашем регионе и, как следствие, значительных затрат на отопление использование нетрадиционных возобновляемых источников сократит затраты на централизованное теплоснабжение и позволит сэкономить средства для других направлений развития Томской области. Для реализации энергосберегающей политики в нашем регионе создана региональная нормативно-правовая база по энергосбережению [2-5].
Целью исследования является расчет экономической эффективности использования геотермальных источников с помощью тепловых насосов. Экономия энергии оценивается на примере детского дошкольньного учреждения.
В качестве базового объекта принят ранее запроектированный детский сад, который в соответствии с регламентом нормативной базы отвечает требованиям энергоэффективности с точки зрения использования объемно-планировочных и конструктивных решений и по своим энергосберегающим показателям.
С целью повышения его энергоэффективности были запроектированы:
- ограждающие конструкции с фасадной теплосберегающей системой «Полиалпан»;
- система отопления теплых полов;
- устройство механической системы вентиляции с рекуперацией тепла удаляемого воздуха;
- теплонасосные установки для системы отопления и горячего водоснабжения, использующие глубинное тепло земли.
Для утепления фасада использована теплосберегающая система «Полиалпан».
Фасадная облицовочная панель «Полиалпан» (рис. 1) представляет собой трехслойную конструкцию с надежными адгезионными связями:
- лицевая поверхность - высококачественный алюминиевый лист толщиной 0,5 мм, грунтованный, покрытый цветным лаком с широкой цветовой гаммой и имеющий чеканную фактуру под штукатурку (чистую, декоративную) или дерево;
Лицевая поверхность
Замкии соединение
Рис. 1. Фасадная облицовочная панель
- центральная часть - слой пенополиуретана толщиной 25 мм и средней плотностью 35 кг/м3, который обладает высокими теплоизоляционными параметрами (коэффициент теплопроводности 0,026 Вт/м с);
- внутренняя поверхность - легированная алюминиевая фольга толщиной 0,05 мм, выполняющая пароизоляционные и теплоотражающие функции [6].
Во всех помещениях предусмотрены теплые водяные полы из труб PERT с антидиффузной защитой. Такое отопление имеет ряд преимуществ, которые отличают водяной тёплый пол от радиаторной системы отопления (рис. 2).
Его главным качеством является равномерное распределение тепла по всему помещению. В радиаторной системе холодный воздух опускается вниз, а тёплый поднимается вверх. Преимуществом данной системы отопления является экономия потребления электроэнергии. В дальнейшем тёплый пол не требует никаких расходов на обслуживание [7].
Рис. 2. Устройство водяного теплого пола
Для улучшения качества микроклимата в помещениях спален, игровых и зала спортивных и музыкальных занятий запроектирована система вентиляции с механическим побуждением с подогревом приточного воздуха до температуры 9-22 °С за счет теплоты удаляемого воздуха. Для утилизации тепла удаляемого воздуха предусматривается применение специальных приточно-вытяжных установок.
Для отопления предусмотрены тепловые насосы. Они представляют собой законченное изделие, готовую теплоснабжающую установку. Внутри нее находятся 2 бойлера емкостью 200 л, насос внешнего контура, собирающий тепло окружающей среды, насос системы отопления и автоматика высокого уровня регулирования.
Нагрев теплоносителя для системы отопления и ГВС детского сада осуществляется 2 теплонасосами суммарной мощностью 126 кВт.
Принцип действия теплового насоса представлен на рис. 3 [8].
Охлажденный теплоноситель, проходя по трубопроводу, уложенному в землю, нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладогеном. Он, имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное. Из испарителя газообразный хладоген попадает в компрессор, где он сжимается до высокого давления и высокой температуры. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник, конденсатор. В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладоген отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жид-
кое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.
В данной статье дается анализ энергоэффективности социального объекта с использованием геотермальных источников для отопления и горячего водоснабжения с помощью тепловых насосов.
Из системы отопления, +30-45 °С
В систему отопления, +55 °С
Хладоген жидкий
V
N
Хладоген газообразный
Л
Сабкулер Конденсатор Редукционный
|Г
т
К источнику От источника
тепла тепла +4 °С
(в озеро, скважину (из озера, скважины
или земляной контур) или земляного контура)
Рис. 3. Принцип действия теплового насоса
Сравнение стоимости тепловой энергии от различных источников приведено в табл. 1.
Таблица 1
Сравнение стоимости тепловой энергии от различных источников
№ п/п Показатели Значение
1 Стоимость 1 кВт электроэнергии, руб. 2,28
2 Стоимость 1 кВт тепловой энергии, получаемой от теплового насоса, руб. 0,57
3 Стоимость 1 кВт тепловой энергии, по тарифу ОАО «ТГК-11», руб. 2,46
«Выведенный тариф», по которому ОАО «ТГК-11» продает тепло, в 4,3 раза превышает стоимость тепла от теплового насоса. Таким образом,
видно, что использование тепловых насосов выгодно с точки зрения коммунальных затрат. Использование локальной системы снабжения позволяет за счет экономии стоимости единицы тепловой энергии снизить затраты на отопление.
Все результаты по расчету годовой тепловой и электрической энергии в базовом и проектируемом варианте детского дошкольного учреждения изложены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты сравнения проектов базового и энергоэффективного детского сада (отопление и горячее водоснабжение)
№ п/п Варианты
Показатели Базовый Энергоэффективный
1 Общий годовой расход тепловой энергии на отопление и ГВС на ГРЭС-2, кВт/год В том числе: на отопление при централизованном теплоснабжении на горячее водоснабжение 485 071 477 866 7 205 6 824 6 824
2 Общий годовой расход тепловой энергии на отопление с теплонасосной установкой (0,48 - коэффициент усреднения), кВт/год - 163 215
3 Общий годовой расход тепловой энергии на горячее водоснабжение с теплонасосной установкой, кВт/год - 8 059
4 Общий годовой расход электрической энергии, кВт/год В том числе: на тепловые насосы: отопление ГВС на водоснабжение и канализацию (догрев в электрических водонагревателях): нагрев в период ремонтных работ (10 рабочих дней); догрев до температуры 65 °С 1 440 1 440 46 503 44 487 42 394 2 093 2 016 2 016
5 Общегодовые расходы на эксплуатацию, тыс. руб./год В том числе: электроэнергии при цене 2,28 руб./кВт тепловой энергии при цене 0,949 руб./кВт 463,6 3,2 460,3 112,5 106 6,5
6 Экономический эффект, тыс. руб. - 351,1
На основе представленных расчетов построим график тепловой электрической нагрузки рассматриваемых вариантов (рис. 4).
486,5 МВт
■ центральная система снабжения
§ автономная система снабжения
Рис. 4. Общая годовая нагрузка системы централизованного и автономного теплоснабжения
Как видно из рис. 4, общая годовая потребляемая энергия, включая тепловую и электрическую, при использовании геотермальных источников значительно меньше, чем используемая для этих целей энергия централизованной системы отопления.
Причем в структуре общей годовой нагрузки в первом случае 99 % занимает тепловая энергия, а во втором 87 % - электрическая энергия (рис. 5).
Электрическая энергия 1 %
Электрическая энергия 87 %
Тепловая энергия 99 %
Тепловая энергия 13 %
а
б
Рис. 5. Структура годовой потребляемой энергии:
а - базовый детский сад; б - энергоэффективный детский сад
Рассчитав расходы на эксплуатацию тепловой и электрической энергии, определили, что совокупные затраты составляют 463,6 тыс. руб. и 112,5 тыс. руб. соответственно. Таким образом, использование тепловых установок позволит ежегодно экономить расход тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение на 433,2 МВт (см. рис. 4). Годовой эффект за счет экономии на коммунальных платежах за отопление и горячее водоснабжение составит 351,1 тыс. руб (рис. 6).
Годы
Рис. 6. Срок окупаемости тепловых установок
Таким образом, рассчитав срок окупаемости оборудования, отметим, что он составит 6 лет. При этом расчетный срок службы оборудования - порядка 30 лет, а эксплуатации грунтового зонда - более 100 лет. Дополнительная привлекательность тепловых насосов состоит в их длительном сроке службы и очень высокой эксплуатационной надежности, т. к. тепловые агрегаты являются взрывозащищенными и пожаробезопасными. Этот метод отопления экологически чистый, следовательно, отсутствуют аллергенно-опасные выбросы в помещение. Поэтому тепловой насос представляет эффективную замену централизованному теплоснабжению.
Библиографический список
1. Васильев, Г.П. Использование низкопотенциальной энергии земли в теплонасосных системах / Г.П. Васильев, Н.В. Шилкин. - Условия доступа : http://www.insolar.ru/lib_15.php.
2. Закон Томской области «Об основах энергосбережения на территории Томской области» (в ред. законов Томской области от 04.05.2001 N 47-ОЗ, от 06.07.2007 N 121-ОЗ).
3. Распоряжение администрации Томской области от 13 октября 2010 г. № 861-ра «О реализации Федерального закона от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
4. Распоряжение губернатора Томской области от 2 сентября 2010 г. № 260-р «О распределении полномочий в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности между исполнительными органами государственной власти Томской области и структурными подразделениями администрации Томской области».
5. Закон Томской области «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности на территории Томской области» от 19 октября 2010 года № 238-03.
6. Завод «Полиалпан». - Условия доступа : http://polyalpan-rus.com/11/.
7. Теплотехника. - Условия доступа : http://www.teplo3000.spb.ru/tp.asp.
8. ООО «Теплосервис». - Условия доступа : http://www.teplonew.ru/stati5.html.
References
1. Vasil'ev, G.P., Shilkin, N.V. Ispol'zovanie nizkopotentsial'noi energii zemli v teplonasosnykh sistemakh [Use of low grade earth energy in heat pump systems]. Access conditions: http://www.insolar.ru/lib_15.php.
2. The Tomsk region law 'Basic principles of energy saving in the Tomsk region' (04.05.2001 N 47-OZ; 06.07.2007 N 121-OZ). (rus)
3. Decree of the Tomsk region Administration of 13 Oct. 2010 N 861-ra «O realizacii Feder-al'nogo Zakona ot 23 nojabrja 2009 goda № 261-FZ «Ob jenergosberezhenii i o povyshenii jenergeticheskoj jeffektivnosti i o vnesenii izmenenij v otdel'nye zakonodatel'nye akty Ros-sijskoj Federacii». (rus)
4. Decree of the Tomsk region Governor of 2 Sept. 2010 N 260-r «O raspredelenii polnomochij v oblasti jenergosberezhenija i povyshenija jenergeticheskoj jeffektivnosti mezhdu ispolnitel'nymi organami gosudarstvennoj vlasti Tomskoj oblasti i strukturnymi podrazdeleni-jami Administracii Tomskoj oblasti». (rus)
5. The Tomsk region law 'Energy saving and improvement of energy efficiency in the Tomsk region' (19 Oct. 2010 N 238-OZ). (rus)
6. Zavod «Polialpan». Access conditions: http://polyalpan-rus.com/11/.
7. Teplotehnika. Access conditions : http://www.teplo3000.spb.ru/tp.asp.
8. OOO «Teploservis». Access conditions: http://www.teplonew.ru/stati5.html.
