ОЦЕНКА  ЭФФЕКТИВНОСТИ  ПРИМЕНЕНИЯ  ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ  ИСТОЧНИКОВ  ЭНЕРГИИ  ПРИ  СТРОИТЕЛЬСТВЕ  В  УСЛОВИЯХ  ВОЛОГОДСКОГО  РАЙОНА

Угловский  Владислав  Николаевич

магистрант  2  курса,  кафедра  ПГС  ВоГУ,  РФ,  г.  Вологда

Е-mail:  vn.uglovskiy@mail.ru

Кабанов  Евгений  Анатольевич

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент  ВоГУ,  РФ,  г.  Вологда

Повышение  энергетической  эффективности  —  самая  актуальная  мировая  проблема.  Федеральный  закон  «Об  энергосбережении  и  повышении  энергетической  эффективности  и  о  внесении  изменений  в  отдельные  законодательные  акты  Российской  Федерации»  №  261-ФЗ  был  введен  в  действие  23  ноября  2009  года.  Правительство  РФ,  фирмы  застройщики  и,  конечно  же,  заказчики  заинтересованы  в  строительстве  нового,  энергоэффективного,  доступного  и  комфортного  жилья.

  При  строительстве  дома,  который  будет  отвечать  всем  этим  требованиям,  необходим  комплексный  подход.  Он  включает  в  себя  следующие  строительные  решения:

1.  Архитектурное  решение.  При  строительстве  важно  энергетически  рационально  ориентировать  здание.  На  северной  стороне  не  желательно  располагать  жилые  помещения,  максимально  приспособить  для  этого  южные  фасады.

2.  Объемно-планировочное  решение.  Дому  необходимо  придать  энергоэффективную  форму,  обеспечивающую  минимальную  площадь  наружных  стен,  оптимальную  площадь  остекления,  наличие  тамбуров  на  входах.

3.  Конструктивное  решение.  Оно  заключается  в  создании  герметичной  теплозащитной  оболочки-термоса,  исключающей  мостиков  холода,  а  также  использование  оконных  систем  с  высоким  уровнем  теплозащиты.

4.  Инженерное  решение.  Рациональное  или  даже  оптимальное  использование  энергии  в  реальных  условиях  потребления.  Использование  возобновляемых  источников  энергии  и  инновационных  технологий.

Целью  работы  является  анализ  возможностей  внедрения  новых  экологически  чистых  технологий  энергосбережения  в  Вологодском  районе,  поэтому  именно  на  четвертом  пункте  мы  остановимся  более  подробно.  В  ходе  работы  был  проанализирован  весь  возобновляемый  энергетический  потенциал  Вологодского  района. 

Анализируя  данные  о  количестве  осадков  в  Вологодском  районе,  был  сделан  вывод,  что  собирая  дождевую  воду  в  период  с  мая  по  октябрь,  происходит  экономия  водных  ресурсов  на  различные  хозяйственные  цели  на  98  %.  Таким  образом,  использование  водозаборных  устройств  в  Вологодском  районе  достаточно  эффективно  и  рационально.

Анализируя  использование  солнечных  батарей,  был  сделан  вывод,  что  в  Вологодском  районе  интенсивность  солнечной  радиации  не  велика,  количество  дней  без  солнца  в  год  равно  125  дней  или  34,25  %,  в  тоже  время  средняя  солнечная  радиация  при  безоблачном  небе  в  месяц  равна  438,83  МДж/м2  =  121,9  кВтч/м2/год.  Использование  энергии  солнца  для  гражданского  строительства  в  Вологодском  районе  пока  неэффективно  и  нерационально.

Анализируя  данные  о  ветровом  потенциале,  мы  пришли  к  выводу,  что  его  не  достаточно.  Средняя  скорость  ветра  весь  год  3—4  м/с,  для  экономической  выгоды  необходима  скорость  больше  10  м/с.  Таким  образом,  использование  энергии  ветра  в  Вологодском  районе  не  эффективно.

Самой  эффективной  технологией  энергосбережения  в  Вологодском  районе  является  использование  теплового  насоса.  Тепловой  насос  —  это  устройство  для  переноса  тепловой  энергии,  от  источника  низкопотенциальной  тепловой  энергии  (тепло  земли,  грунтовых  вод,  воздуха,  и  др.)  к  потребителю  (теплоносителю)  с  более  высокой  температурой.  Главными  преимуществами  тепловых  насосов  является  их  высокая  степень  экологичности,  снижение  энергозатрат  и  абсолютная  возобновляемость  используемых  альтернативных  источников  энергии.  Второстепенными  положительными  качествами  является  их  автономность  и  возможность  работы  на  два  фронта  —  отопление  и  горячее  водоснабжение  зимой,  кондиционирование  и  горячее  водоснабжение  летом.

В  зависимости  от  источника  отбора  тепла  тепловые  насосы  подразделяются  на  несколько  типов.

1.  Геотермальные  тепловые  насосы  замкнутого  типа.

а.   С  горизонтальным  коллектором  в  грунте. 

Горизонтальный  грунтовый  теплосъемный  коллектор  состоит  из  системы  труб,  уложенной  на  широкой  площади  приблизительно  на  20  см  ниже  границы  промерзания.  На  такой  глубине  круглый  год  сохраняется  сравнительно  постоянная  температура  +2..+6  °C.  По  контуру  циркулирует  морозоустойчивая  жидкость  (этилен,  пропиленгликоль  или  спиртосодержащие  жидкости).  Летом  грунт  у  которого  забрали  зимой  тепло  аккумулирует  солнечную  энергию,  которая  воспринимается  либо  непосредственно  в  форме  солнечной  радиации,  либо  косвенно,  в  форме  тепла,  получаемого  от  дождя  или  из  воздуха,  также  восполнение  теплового  потенциала  происходит  за  счет  работы  на  охлаждение.

Достоинствами  данного  типа  насосов  являются:

·     высокий  коэффициент  трансформации  тепла  (КТТ);

·     относительно  невысокие  капитальные  затраты;

·     высокая  экологичность  и  автономность;

·     возможность  работы  на  охлаждение.

Недостатки:

·     требуется  довольно  большая  территория  для  установки  контура  теплосъема  (порядка  500  м²  для  насоса  мощностью  10  кВт);

·     на  территории  над  контуром  запрещается  постройка  затеняющих  строений. 

Применимость  в  Вологодском  районе:  основной  грунт  —  суглинки,  удельный  теплосъем  30—50  Вт/м,  t^о  на  глубине  15—20  м  +6—8  °С,  t^о  на  глубине  1,6  м  +2—6  °С  (в  отопительный  период),  почвенно-климатические  условия  полностью  благоприятны  для  устройства  теплового  насоса.

б.  С  вертикальным  зондом  в  грунте.

Контуром  теплосъема  служат  либо  U-образные  трубки,  опущенные  в  пробуренные  скважины  длиной  до  100—200  м,  либо  зонд,  выполненный  с  обсадной  трубой,  заглушенной  внизу.  В  первом  случае  с  метра  можно  получить  до  50  Вт  тепла,  во  втором  до  100  Вт  с  погонного  метра  зонда.  Отбор  тепла  компенсируется  притоком  из  земных  недр  и  за  счет  работы  на  охлаждение.

Этот  вид  применяется  тогда,  когда  пятно  застройки  мало  и  площади  участка  явно  не  хватает.  Финансово  более  затратный. 

Достоинствами  данного  типа  насосов  являются:

·     высокий  коэффициент  трансформации  тепла(КТТ)  идентичный;

·     не  требует  большой  территории  для  устройства  зонда;

·     высокая  экологичность  и  автономность;

·     возможность  работы  на  охлаждение.

Недостатки:

·     высокая  стоимость  устройства  вертикальных  зондов.

Применимость  в  Вологодском  районе:  основной  грунт  —  суглинки,  удельный  теплосъем  50—100  Вт/м,  t^о  на  глубине  15—20  м  +6—8  °С,  t^о  на  глубине  1,6  м  +2—6  °С  (в  отопительный  период),  почвенно-климатические  условия  полностью  благоприятны  для  устройства  теплового  насоса.

в.   С  горизонтальным  зондом  в  водоеме.

Коллектор  для  передачи  тепла  укладывается  на  дне  какого-либо  водоема.  Важно,  чтобы  коллектор  снабжался  отягощающим  грузом  для  предотвращения  всплытия  на  поверхность.  Для  этого  на  1  погонный  метр  трубы  укладывается  около  5  кг  груза.  Для  получения  10  кВт  тепла  достаточно  уложить  более  короткий  контур  (по  сравнению  с  земляным)  250—300  м  трубы.

Достоинствами  данного  типа  насосов  являются:

·     более  высокий  коэффициент  трансформации  тепла(КТТ);

·     низкие  капитальные  затраты;

·     высокая  автономность;

·     возможность  работы  на  охлаждение.

Недостатки:

·     требуется  получение  необходимых  разрешений;

·     вмешательство  в  гидрологический  режим  водоемов.

Применимость  в  Вологодском  районе:  не  рекомендуется  применять  в  связи  со  сложностями  по  получению  необходимых  документов,  возможностью  промерзания  воды  в  пределах  контура  и  вмешательством  в  экосистему  и  гидрологический  режим  водоема.

2.  Геотермальные  тепловые  насосы  открытого  типа. 

Подобная  система  использует  в  качестве  теплообменной  жидкости  воду,  циркулирующую  непосредственно  через  систему  геотермального  теплового  насоса  в  рамках  открытого  цикла,  то  есть  вода  после  прохождения  по  системе  возвращается  в  землю. 

Достоинством  открытых  систем  является  возможность  получения  большого  количества  тепловой  энергии  при  относительно  низких  затратах. 

Температура  подземных  вод  обычно  является  постоянной  на  глубине  10—15  м,  и  для  Вологодского  района  составляет  5—8  °С.  Несмотря  на  относительно  низкую  стоимость  данного  типа  тепловых  насосов  применение  его  в  Вологодском  районе  следует  ограничить  ввиду  того,  что  использование  этих  источников  связано  с  более  интенсивным  вмешательством  в  гидрологический  режим  недр  и  требует  согласования  с  соответствующими  службами.  Также  с  течением  времени  водоносные  слои  могут  попросту  исчезнуть,  и  тогда  будет  необходимо  переоборудовать  насос  под  другой  тип.  Ещё  одним  недостатком  является  периодическая  дорогостоящая  чистка  системы  контура  забора  воды  и  замена  фильтров.

3.  Воздушные  тепловые  насосы  (источником  отбора  тепла  является  воздух).

Достоинствами  данного  типа  насосов  являются:

·     самые  низкие  капитальные  затраты;

·     высокая  экологичность  и  автономность;

·     возможность  работы  на  охлаждение;

·     быстрота  и  простота  установки;

·     не  требует  разработки  грунта  и  больших  площадей  территории.

Недостатки:

·     самый  низкий  среди  тепловых  насосов  КТТ;

·     требуется  резервный  источник  тепла  при  температурах  менее  -15  ºС;

·     высокие  расходы  на  электроэнергию;

Рассмотрим  применимость  теплового  насоса  воздушного  типа  на  примере  одного  из  лидеров  в  данной  категории  –  воздушный  тепловой  насос  ZUBADAN  INVERTER.  На  одну  из  самых  важных  характеристик  теплового  насоса  (КТТ  —  коэффициент  трансформации  тепла)  влияет  температура  наружного  воздуха.  Согласно  данным  метеостанции  расположенной  в  городе  Вологда,  средняя  температура  воздуха  за  месяц  в  отопительный  период  не  опускается  ниже  -17,7  ºС.  КТТ  теплового  насоса  ZUBADAN  INVERTER  при  температуре  -17,7  ºС  составляет  ориентировочно  2,75  ед.  согласно  графикам  производителя.  При  уменьшении  температуры  наружного  воздуха  также  падает  КТТ.  Очевидно,  что  не  имеет  смысла  рассчитывать  тепловой  насос  воздушного  типа  на  абсолютно  минимальные  температуры  отопительного  периода  ввиду  того,  что  они  бывают  относительно  редко.  Для  обогрева  в  эти  дни  в  конструкции  насоса  предусмотрены  ТЭНы,  а  так  же  следует  предусмотреть  при  проектировании  дома  камины  или  печи.  Таким  образом  данный  тип  имеет  право  на  существование  в  Вологодском  районе,  но  только  при  работе  в  бивалентном  режиме,  т.е.  при  наличии  резервного  источника  тепла  и  горячего  водоснабжения  в  наиболее  холодные  сутки.

Анализируя  вышеизложенные  данные  можно  сделать  вывод  о  том,  что  наиболее  рациональным  для  почвенно-климатических  условий  Вологодского  района  является  выбор  теплового  насоса  геотермального  типа  с  горизонтальным  грунтовым  коллектором,  работающим  в  моновалентном  режиме,  либо  воздушного  типа,  работающего  в  бивалентном  режиме  (например  совместно  с  камином,  печью  или  конвекторами)  в  наиболее  холодные  сутки  отопительного  периода.

Список  литературы:

1. СНиП  23-01-99*.Строительная  климатология.:  утв.  Постановлением  Госстроя  России  от  11  июня  №  45.  Введ.  01.01.2000.  М:  ГУП  ЦПП,  2003.  —  172  с.
2. Строительные  нормы  и  правила:  СНиП  23-02-2003.  Тепловая  защита  зданий.  Введ.  01.10.2003.  М.:  ЦИТП  Госстроя  России,  2003.  —  45  с.
3. Свод  правил:  СП  23-101-2004.  Проектирование  тепловой  защиты  зданий.  Введ.  01.06.2004.  М.:  ЦИТП  Госстроя  России,  2004.  —  186  с.