Многоэтажный жилой дом с автономным тепло-и горячим водоснабжением

министерство образования и науки украины Запорожская государственная инженерная академия кафедра энергетического менеджмента

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По курсу: «Энергосбережение в технологических установках»

Тема: «Многоэтажный жилой дом с автономным теплои горячим водоснабжением»

Выполнил ст. гр. ЕМ-10зм Балюлин А.Г.

Принял доцент Лохматов А.Г.

г. Запорожье

2010 г.

Типовой единицей ЖКХ является жилой дом. Например, пятиэтажный трёхподъездный жилой дом размерами 15 Ч 90 м с количеством жильцов 225 чел. в г. Киеве. Такой дом является наиболее характерным для больших и малых городов Украины. Расход тепла для отопления (180 дней) составляет 0.493 ГДж / (м² • год), что соответствует мощности отопления N_от =201,1 кВт. Норма горячего водоснабжения (ГВС) 105 л / (чел •сут), которая соответствует N_г. в. = 54,7 кВт.

Энергия солнечной радиации, достигающая поверхности земли в Киеве составляет 1387 кВт*ч/м² за год, за 6 тёплых месяцев — 1026 кВт*ч/м², а это 74% от общегодовой (по данным на 2000 год). Очевидно, что для использования избытка тепла летних месяцев в зимний период необходимо долговременное аккумулирование теплоты. Для этого лучше всего подходит грунтовой массив, который обеспечивает почти полное извлечение тепловой энергии. Аккумуляция — разрядка осуществляется при помощи системы грунтовых теплообменников, размещённых в буровых скважинах. При извлечении теплоты их температура поднимается тепловыми насосами (ТН) до необходимого уровня. Т. к. 26% общегодового поступлення солнечной радиации приходится на 6 холодных месяцев года, то имеет смысл использовать и её.

Технические решения выглядят так (рис.1). Крыша заменяется солнечными коллекторами (СК) 1 и 2. Коллекторы 9 устанавливаются и на козырьках крыши (возможен вариант установки в стене). Под средней секцией дома располагается система грунтовых теплообменников 5, которые образуют теплообменный массив 6. Чтобы уменьшить глубину бурения скважин под теплообменник можно установить теплоизоляционный щит 4. В подвальном помещении средней секции дома монтируется распределяющая система пучка грунтовых теплообменников и необходимое насосное 7 и теплонасосное 8 оборудование, а также круглосуточная регулирующая ёмкость горячего водоснабжения (ГВС) 3.

Рис. 1 Разрез жилого дома:

1,2,9 — солнечные коллекторы; 3 — ёмкость ситемы ГВС; 4 — теплоизоляционный щит; 5 — грунтовые теплообменники; 6 — грунтовый аккумулятор; 7 — гидравлический насос; 8 — тепловой насос.

Принципиальная схема теплоснабжения дома (рис.2) разделяется на 3 подсистемы:

а) грунтового аккумулирования, которое включает элементы оборудования 1−3-14−12−1;

б) разрядки аккумулятора с элементами 1−14−12−1, которая обеспечивает теплоснабжение для отопления;

в) ГВС 3−4-5−15−3.

Переход от аккумулирования к разрядке и обратно осуществляется управлением регулирующими вентилям 2 и 13. Эти подсистемы обеспечивают функционирование системы отопления 9−10−11−8-9 и системы ГВС 7−16−15−6-7.

Рис. 2 Схема теплоснабжения жилого дома:

1 — грунтовый аккумулятор; 2 — регулирующие вентили; 3 — солнечные коллекторы; 4 — ёмкость теплосистемы ГВС; 5 — насос теплосистемы ГВС; 6 — ёмкость системы ГВС; 7 — система ГВС; 8 — ёмкость системы отопления; 9 — система отопления; 10 — насос системы отопления; 11 — тепловой насос системы отопления; 12 — насос системы аккумулирования — разрядки; 13 — регулирующие вентили; 14 — ёмкость системы аккумулирования — разрядки; 15 — тепловой насос системы ГВС; 16 — насос системы ГВС.

Для максимального извлечения полученной СК теплоты необходимо стремиться получить температуру промежуточного теплоносителя равной температуре окружающего воздуха. Тогда минимизируются потери энергии в СК и его КПД определяется оптической проницаемостью защитного стекла (з_с.к = 0,826). Такой режим легко достигается для систем прямого ГВС. Естественно, что наиболее неблагоприятным является декабрь, когда необходимо задействовать 1837 м² площади СК. Среднегодовое значение части энергии, подводимой к ТН ГВС = 14,7 кВт, что почти в 4 раза меньше необходимой.

Однако ГВС неравномерно на протяжении суток (см. рис. 3).

Рис. 3 График суточного потребления ГВ (в процентном соотношении к среднесуточному расходу в час).

Объём регулирующей ёмкости в данном случае должен составлять 10,2 м³, как правило его распределяют между 2-мя или 3-мя ёмкостями.

Организация отопления делится на 2 подцикла — сначала грунтовое аккумулирование теплоты на протяжении 6-ти тёплых месяцев, затем её извлечение в отопительный сезон с повышением температуры до необходимой тепловыми насосами.

Наиболее эффективный способ отопления — это система «теплый пол» с температурой теплоносителя 25 — 35 °C. Для обеспечения конечной температуры теплоносителя ок. 30 ⁰С достаточно на выходе с теплового насоса иметь 35 ⁰С. тепло вода снабжение жилой дом Первый цикл — грунтовое аккумулирование теплоты. Исходная температура грунтового массива порядка 10 ^оС. Конечная температура основной области аккумулирования может быть ограничена 40 ⁰С. Температурный напор аккумулирования — разрядки около ±7 °С и характер изменения близкий к линейному, тогда площадь СК для отопления должна быть 1422 м². С учётом ГВС при максимальной нагрузке площадь СК должна быть 1808 м².

После проведения расчётов по методикам, подтверждённым эмпирически оказалось, что расход энергии для отопления почти в 10 раз меньше необходимого. Общая энергоэффективность отопления и ГВС теплоавтономного дома предполагает уменьшение потребления энергии в 6 раз.

Более того дом является теплоавтономным, т. е. не требует затрат тепловой энергии извне и представляет собой энергогенерирующий объект. Излишки тепловой энергии в пиковых загрузках могут передаваться следующим (по теплосети) потребителям, имеющим недостаток тепловой энергии.

Технико-экономический анализ показывает, что средний срок окупаемости 3,96 года (стабильность — кризис), т. е. через 4 года этот проект будет давать ежегодную прибыль 880 тыс. грн. на период действия «зелёного тарифа» (ок. 10 лет) в ценах 2008 года.