CC BY
63
Список литературы
1. Дмитриев А.Н., Монастырев П.В, Сборщиков С.Б. Энергосбережение в реконструируемых зданиях. М.: Изд-во АСВ. 2008. 208 с.
2. Васильев Г.П. Теплоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли. М.: Изд-во «Красная звезда», 2006. 220 с.
3. Справочник по ресурсам возобновляемых источников энергии России и местным видам топлива (показатели по территориям). М.: ИАЦ «Энергия», 2007, 272 с.
4. Тульский статистический ежегодник. Тула, 2006.
G.I. Babokin, Y.A. Lutsenko
EVALUATE ENERGETICS POTENTIAL SOURCES LOW POTENTIAL WARMTH TULA REGION
The evaluate energetics potential sources low potential warmth Tula region: warmth ground and basins, warmth throws flowing water, throws warmth electric power stations, warmth system rotation water-supply was given
Key words: renewal sources power, sources low potential warmth, eva luate.
Получено 24.12.11
УДК 620.97(075.8)
Г.И. Бабокин, д-р техн. наук, проф., зам. директора, (848762) 6-13-83, prorector. science @nirhtu.ru (Россия, Новомосковск, РХТУ им. Д.И. Менделеева) Ю.А. Луценко, д-р техн. наук, проф., (848762) 6-13-83, [email protected]
(Россия, Новомосковск, РХТУ им. Д.И. Менделеева)
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ СЕЛЬСКОЙ ШКОЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛА ГРУНТА ПРИ ПОМОЩИ ТЕПЛОВОГО НАСОСА
Предложено осуществить теплоснабжение сельской школы с использованием тепла грунта при помощи теплового насоса.
Ключевые слова: теплоснабжение, сельская школа, тепло грунта, тепловой
насос.
Известно [1], что тепло грунта может быть использовано для теплоснабжения зданий с помощью тепловых насосов. Тепловой насос - устрой-
9
ство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (грунта, сбросовых вод и т. д.) к потребителю с более высокой температурой. Термодинамически тепловой насос представляет собой обращенную холодильную машину, в которой конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель - теплообменным аппаратом, забирающим теплоту от источника низкопотенциального тепла.
В работе предложено реализовать теплоснабжение сельской школы в д. Савино Новомосковского района Тульской области с использованием тепла грунта. Здание сельской школы одноэтажное, общей площадью 625,4 м2.
Далее обоснуем параметры системы теплоснабжения. В соответствии с нормативами [2,3] для таких зданий, как выбранная школа, мощность на отопление одного м2 должна приниматься равной 80 Вт. Тогда теплопо-требность на отопление здания
Q = 80 • 625,4 = 50032 Вт = 50,032 кВт.
В школе необходимо предусмотреть горячее водоснабжение. С учетом этого теплопотребность необходимо увеличить примерно на 10 % и общая теплопотребность будет 55 кВт. Пиковое же потребление горячей воды должно быть скомпенсировано накопительным бойлером.
В настоящее время теплоснабжение школы осуществляется электронагревателями. Для обогрева здания школы выбираем тепловой насос Budrurs Logatherm WPS 60 мощностью 60 кВт (ближайший больший типоразмер), затрачивающий на нагрев фреона 13,3 кВт.
В качестве источника тепла выбираем поверхостный слой грунта. Для отбора тепла из грунта могут использоваться два типа коллекторов: горизонтальный и вертикальный [2]. При горизонтальном коллекторе ме-таллопластиковые трубы укладываются в горизонтальные траншеи глубиной 1,5...2 м. Теплосъем с каждого метра трубы при этом зависит от типа грунта, но в среднем принимается равным 20 Вт/м [2]. При вертикальном коллекторе металлопластиковые трубы погружаются в вертикальные скважины глубиной от 20 до 100 м. Теплосъем с каждого метра трубы при этом способе можно принять равным 50 Вт/м [2]. При втором варианте потребуется в 2,5 раза меньше труб, чем при первом, но второй вариант получается существенно дороже первого из-за высокой стоимости сооружения скважин. Вертикальный коллектор применяется тогда, когда нет свободных площадей вокруг здания. В данном случае вокруг здания школы имеется достаточно свободных площадей, где можно разместить коллектор, поэтому выбираем горизонтальный коллектор.
В качестве теплоносителя первичного контура выбираем антифриз - 25 %-ный раствор гликоля. Теплоемкость раствора гликоля при температуре 0 °С составляет 3,7 кДж/(кгК), плотность - 1,05 г/см .
Требуемая тепловая мощность коллектора
Qo = Qwp - Р = 60 -13,3 = 46,7 кВт, где Qwp — полная мощность теплового насоса; P — электрическая мощность, затрачиваемая на нагрев фреона.
Суммарная длина труб
L = £0/q = 46,7/0,02 = 2335 м.
При шаге укладки 0,7 м необходимая площадь участка
5 = 2335 • 0,7 = 1634,5 м2.
Принимаем расположение коллектора вблизи школы с размерами 50^33 м на свободной территории.
Расход антифриза первичного контура теплонасосной установки
У5 = £0 • 3600/(1,05 • 3,7 • г • 103) = 46,7 • 3600/(1,05 • 3,7 • 3 • 103) = 14,42 м3/ч, где г — разность температур между подающей и возвратной линиями, которую принимаем равной 3 °С.
Для устройства коллектора выбираем металлопластиковую трубу типоразмера 32.
Поскольку температура антифриза может изменяться (от - 5 до + 20 ° С) в первичном контуре необходим расширительный бак.
Его объем принимается из расчета 10...20 л на 1 кВт мощности теплового насоса. Исходя из этого принимаем объем расширительного бака 900 л.
В первичном контуре предусматриваем циркуляционный насос иР540 - 80^.
За основу вторичного контура принимаем существующую систему отопления школы (трубы и радиаторы). Помимо этого, во вторичном контуре предусматриваем расширительный бак объемом 500 л и циркуляционный насос ЦР532 - 80.
Схема теплоснабжения здания школы показана на рис. 1.
4 N б
*- ( \
Г ^ V ^ 2 ГЛ—► и -►
1 V Л -► 8
Рис. 1. Схема теплоснабжения здания школы: 1 - грунтовый коллектор; 2 - циркуляционный насос UPS40-80F; 3 - расширительный бак 900 л; 4 - тепловой насос WPS60; 5 - расширительный бак 500 л; 6 - циркуляционный насос UPS32-80; 7 - система отопления; 8 - горячее водоснабжение
Все оборудование, кроме грунтового коллектора, размещается в здании школы. Схема размещения грунтового коллектора показана на рис. 2.
Углубление коллектора принято равным 2 м. Коллектор выполнен из 11 секций (рис. 2, поз. 4), имеющих длину 200 м каждая, и одной секции длиной 100 м, соединенных параллельно. Подводящая труба 5 и отводящая труба 6 (рис. 2) имеют диаметр 40 мм.
Гидравлическая схема коллектора
Рис. 2. Схема размещения грунтового коллектора: 1 - здание школы; 2 - грунтовой коллектор; 3 - тепловой насос; 4 - металлопластиковая труба типоразмера 32; 5 - подводящая металлопластиковая труба типоразмера 40; 6 - отводящая металлопластиковая труба типоразмера 40 12
Общие затраты на создание системы теплоснабжения школы с помощью теплового насоса составляют 1,55 млн рублей.
Экономия электрической мощности при отоплении школы с использованием тепла грунта равна разности мощности потребляемой электроэнергии при отоплении с помощью электрообогревателей и мощности потребляемой тепловыми насосами:
АР = б/л - (Ртн + 2Рцн) = 50,032/0,9 - (13,3 + 2 • 0,5) = 39,29кВт,
где Q — теплопотребность на отопление здания; г| — КПД электроводонагревателей; Ртн — электрическая мощность теплового насоса, затрачиваемая на нагрев фреона; РцН — электрическая мощность, потребляемая циркуляционными насосами.
При существующих в 2010 году ценах на электроэнергию [4] срок окупаемости системы отопления с использованием тепла грунта составит
t = 3/АР ■ tomon ■ AW =1550000/39,29 • 4500 • 2,58 = 3,38 года, где 3 — общие затраты на систему теплоснабжения; tomon = 4500 ч — продолжительность отопительного сезона; AW — стоимость 1 кВт'ч электроэнергии.
С учетом затрат на монтаж и наладку системы отопления, которые составят 50 % от стоимости оборудования, срок окупаемости составит около 5 лет.
Список литературы
1. Дмитриев А.Н., Монастырев П.В, Сборщиков С.Б. Энергосбережение в реконструируемых зданиях. М.: Изд-во АСВ. 2008. 208 с.
2. Васильев Г.П. Теплоснабжение зданий и сооружений с использованием низко потенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли. М.: Изд-во «Красная звезда», 2006. 220 с.
3. Справочник по ресурсам возобновляемых источников энергии России и местным видам топлива (показатели по территориям). М.: ИАЦ «Энергия», 2007, 272 с.
G.I. Babokin, Y.A. Lutsenko
WARMTH - SUPPLY VILLAGE SCHOOL WITH WARMTH GROUND WITH WARMTH PUMP
The warmth - supply village school with warmth ground and warmth pump is proposed.
Key words: warmth supply, village school, warmth ground, warmth pump.
Получено 24.12.11
