30 июня 2013 г.

Нереализованные возможности тепловых насосов.

Возможности использования тепловых насосов для отопления надстроек в жилых домах.

  
 Одной из проблем, возникающих при проектировании надстроек над существующими жилыми  зданиями, является обеспечение новых помещений теплом в условиях, когда теплоснабжение старой постройки неудовлетворительно из-за недостаточной мощности источника теплоснабжения. В этом случаи заказчики, не желая приобщаться к недостаточно надежному источнику тепловой энергии, часто ищут возможности устройства автономных источников тепла.


     Оценивая эти возможности, обычно обращаются к природному газу, сжигание которого в современных котлах остается наиболее дешевым способом обеспечения зданий теплом.
     Другой возможностью является применение тепловых насосов, работающих на электрической энергии, которая рассматривается в перспективе ближайших лет как более надежный, чем природный газ, энергоноситель. Однако, главным преимуществом тепловых насосов является возможность поддержания с их помощью круглосуточного комфорта, когда наряду с отоплением зимой обеспечивается кондиционирование воздуха в летнее время.
     При попытке применить тепловые насосы для отопления многоэтажных городских зданий в условиях относительно холодного климата большей части Украины возникают проблемы с поиском доступных для использования низкотемпературных источников тепла. Для надстроечных помещений жилых домов эти проблемы могут быть разрешены.
     Источником тепла для теплоснабжения надстроек может послужить вытяжной воздух существующей части здания. Преимущество такого источника состоит в том, что он, во-первых, проходит транзитом через надстройку, он рядом, к нему не нужно прокладывать коммуникации, его не нужно добывать. Во-вторых, его температурный потенциал относительно велик, и реальный коэффициент преобразования теплового насоса в этих условиях может быть 4.0. Таким образом, только одна четвертая часть необходимой для отопления энергии будет взята из системы электроснабжения, в то время как основной поток энергии составит теплота выбрасываемого в атмосферу вытяжного воздуха.
    Оценим энергетический потенциал, содержащийся в вытяжном воздухе, на примере 5-этажного жилого дома, над которым надстраиваются два мансардных этажа, включающие в себя восемь новых квартир, отопительная тепловая мощность которых составляет 92,8 кВт.
    Объем вытяжной вентиляции существующего 60-квартирного дома при нормативном объеме вытяжки из кухни 90 м3/ч и из санузла 50 м3/ч составит (90+50)*60 = 8400 м3/ч. Нормативный воздухообмен на практике обеспечивается не всегда, однако при сильных морозах, когда требуется максимальная тепловая мощность отопления, обычно фактический воздухообмен превышает расчетное значение.
    Объём вытяжной вентиляции жилого дома с учетом вентиляции новых квартир должен быть не менее L=10 400 м3/ч. 
    Энергетический потенциал Е, кВт, содержащийся в вытяжном воздухе составит величину

E=Lpc(Tвн - Tнар) / 3600,

где р - плотность воздуха, равная 1,2 кг/м3,
с - теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/кг. С,
Твн   и   Тнар -  расчетные  температуры вытяжного  и  наружного воздуха, равные соответственно  +18 и -22 С.

Е = 10400*1,2*1*(18 - (-22)) / 3600 = 138,7 кВт.

С учетом того, что для обеспечения необходимой мощности отопления при коэффициенте преобразования теплового насоса, равным 4, потребуется только 75% этой мощности, имеющийся потенциал может быть использован только на  50% (92,8*0,75/138,7 = 0,5), то есть вытяжной воздух должен быть охлажден перед выбросом в атмосферу до температуры не ниже  - 2 С.
    Принципиальная схема теплоснабжения мансардных этажей от теплового насоса представлена на нижнем рисунке.



    Для отопления и охлаждения помещений под окнами устанавливаются не автономные  кондиционеры (фан-койлы), оснащенные приборами автоматики, обеспечивающими заданную комфортную температуру в любое время года. Тепло и холод для кондиционеров вырабатывается в тепловом насосе, устанавливаемом в одном из подсобных помещений. Приемники тепловой энергии, выполненные в виде калорифера с осевым вентилятором, устанавливаются в технических помещениях верхнего мансардного этажа, куда выводятся потоки вытяжного воздуха со всех этажей дома.
    В летнее время приемники тепловой энергии будут отводить теплоту конденсации, нагревая вытяжной воздух. При этом возникает дополнительное естественное давление в гравитационной системе вытяжной вентиляции существующей части здания, что несколько улучшит гигиенические условия старых квартир, организованная вентиляция которых в летний период практически отсутствует.
    Каждая квартира мансардной надстройки могла бы иметь свой тепловой насос размером с домашний мини холодильник. Его тепловая мощность должна быть не менее 12 кВт, а электрическая - около 3 кВт. Общая стоимость оборудования для отопления и кондиционирования одной квартиры общей площадью до 150 м2 составит около 10 тысяч Эвро. Эксплуатационные затраты на отопление составят 80-100 Эвро. за отопительный сезон.

     В данное время идет реализация нескольких пилотных проектов такого типа. По факту реализации будет статья с реальными фото и потреблениями. 
Если возникнут вопросы - звоните, +38 067 4409424.