СРО энергоаудиторов (нажмите, чтоб прочитать полностью)

 

Желающим получить допуск СРО к проведению энергетических обследований мы предлагаем:

Выгодные финансовые условия вступления в СРО энергоаудиторов;
Возможность прохождения в СРО курса повышения квалификации (проведение энергетических обследований с целью повышения энергоэффективности и энергосбережения, (72 часа) с выдачей …

Читать далее »
Условия вступления

Новости отрасли

Обучение

Оборудование

Вопрос-ответ

Сравнение инновационных технологий

Энергия для нагрева воды

Сравнение инновационных технологий для нагрева воды в коттеджах

Сегодня во многих странах решаются вопросы покрытия энергетических нужд здания за счет нетрадиционных источников энергии. Как оценить энергетическую и экономическую эффективность различного инновационного оборудования? Предлагаем рассмотреть возможности компьютерного моделирования при выборе энергосберегающих технологий, использующих возобновляемую энергию, для нагрева бытовой воды в домах Италии.

С помощью компьютерной программы проанализируем эффективность использования различных альтернативных технологий для нагрева бытовой воды в г. Кальяри, пользующихся, в настоящее время на потребительском рынке Италии особым спросом. К числу такого оборудования относятся в основном гелиоустановки и тепловые насосы или их сочетание.

Исходные условия моделирования

   Рассмотрим три варианта систем, обеспечивающих нагрев санитарной бытовой  воды:

— гелиоустановка, работающая совместно с  традиционной системой нагрева воды (под традиционной системой подразумевается система, где в качестве нагревающего элемента применяется либо водогрейный котел, работающий на природном газе или дизельном топливе, либо электрический нагреватель, встроенный в накопительный резервуар), где последняя выполняет функцию вспомогательного оборудования (при моделировании приниматься во внимание не будет);

— теплонаносная установка, предназначенная исключительно для приготовления горячей воды;

-комбинированная: гелиоустановка со встроенным тепловым насосом.

Предполагается, что перечисленные выше варианты инновационных систем обеспечивают горячей бытовой водой жилые помещения, где проживает 3, 5, 7 и 10 чел. Суточное потребление горячей воды на одного человека составляет 60 л. Температура воды для потребителя равна 45  ̊С, а на входе в систему нагревания – 13  ̊С. Для всех вариантов была установлена в качестве модели суточная динамика потребления, показанная на рис. 1.

Компьютерное моделирование ситуаций (симуляции) проводилось с использованием программного обеспечения Trnsys ® версия 16.

Инновационные рассматриваемые водонагревательные системы состояли из следующего оборудования.

Солнечные коллекторы

   В гелиоустановке используются солнечные коллекторы плоского типа. Рабочая поверхность одного коллектора равна 1,86 м². Поверхность плоской пластины обработана специальным селективным покрытием Chromomix с однослойным закаленным остеклением с пирамидальной накаткой с внутренней стороны. Эффективность коллектора рассчитывается по формуле:

η = η₀ — η₀T* — η₂/G*T²,

где параметры η₀, η₀ и η₂ вместе с кривыми эффективности предоставляются заводом-изготовителем и рассчитываются в ходе лабораторных испытаний при номинальном значении солнечного излучения G*=800 Вт/м². В нашем случае их значения приведены на рис. 2;

T* — «понижение температуры», определяется как отношение: (-)/G*.

средняя температура теплоносителя в коллекторе, равная сумме температур теплоносителя на входе и на выходе, деленной на 2.

Во всех случаях значение отражательной способности (альбедо) окружающих поверхностей принималось равным 0,27. Коллекторы обращены на юг (азимут  0  ̊) и наклонены к горизонтальной плоскости под углом 30  ̊. В соответствии с количеством проживающих жильцов. А значит и тепловой нагрузкой, гелиоустановка включала накопительный бак объемом, соответственно, 150, 180, 220 и 300 л.

Теплообменник

   Во всех вариантах предполагалось применение теплообменников спирального типа. Размер и поверхность теплообмена варьируются в зависимости от объема накопительного бака.

Тепловой насос

   Анализировались характеристики различных тепловых насосов, используемых исключительно для нагрева бытовой воды (табл. 1). Для оценки рабочих параметров машины изготовитель обычно сообщает величину коэффициента преобразования энергии (coefficient of performance – COP) теплового насоса, рассчитываемого по формуле:

где — мощность, отбираемая испарителем на нижнем источнике, Вт;

— тепловая мощность, отводимая конденсатором на верхнем источнике, Вт;

энергия, потребляемая компрессором, Вт;

энергия, потребляемая вспомогательными агрегатами, вентилятором и пр., Вт.

Схемы моделирования

   Общая конфигурация моделей представлена на рис. 3, где под красным квадратом в различных вариантах подразумевается конкретная рассматриваемая система подогрева воды.

Гелиоустановка

   Содержимое блока «красный квадрат» развернуто на рис. 4. Основными элементами данной схемы являются тепловой коллектор, накопительный резервуар, циркуляционный насос и система управления. Объемный расход теплоносителя в гелиосистеме определялся с учетом тепловой стратификации жидкости в накопительном баке (с низкой интенсивностью перемешивания потоков холодной и горячей воды) в целях повышения общей эффективности.

Тепловой насос

   Схема, моделирующая работу теплового насоса, показана на рис. 5. В ее состав входят накопительный бак, циркуляционный насос, обеспечивающий циркуляцию жидкости-теплоносителя, контролер, обеспечивающий, как и в предыдущем случае, общее управление. Тепловой насос моделируется по типу Type 42.b., согласно которому всякая машина рассматривается как некий черный ящик, т.е. никакие ее внутренние функциональные параметры не учитываются, а рассматриваются только рабочие характеристики на входе и выходе. В нашем случае такими переменными на входе являются температура воздуха и температура воды. А на выходе – тепловая энергия, передаваемая тепловым насосом воде, а также потребляемая электрическая мощность и коэффициент преобразования энергии.

Управление работой теплового насоса осуществляется в режиме «вкл./выкл.», т.е. машина включается всякий раз, когда температура жидкости в накопительном баке опускается ниже установленного значения.

Комбинированная система: гелиоустановка с тепловым насосом

   Данная модель представляется более сложной по сравнению с предыдущими и требует некоторых пояснений. Системы гелиоустановки и теплового насоса аналогичны приведенным на рис. 4 и 5 и управляются отдельными контроллерами, посредством управляющих функций.

Обе системы, равно как оборудование, входящее в их состав, функционируют как бы независимо друг от друга.

Гелиоустановка обеспечивает базовую нагрузку, требующуюся для покрытия суточной потребности в горячей воде, а оставшуюся часть необходимого тепла вырабатывает тепловой насос. При такой организации тепловой насос, как правило, включается в ночные часы, обеспечивая подачу в накопительный бак воды. нагретой до необходимой температуры и используемой в утренние часы нового дня, когда солнечный коллектор по объективным причинам не в состоянии работать с полной нагрузкой.

Поскольку тепловой насос справляется с пиковыми нагрузками, то никакой дополнительной системы нагрева воды не требуется.

Управление и регулировку данной системы в целом выполняет «коммутатор».

Сравнительный анализ

   Общая оценка экономической целесообразности использования рассматриваемых альтернативных технологий, в сравнении с традиционными системами нагрева бытовой воды, проводилась путем расчета определенного набора эксплуатационных показателей, например фактической стоимости используемой установки (VAN) (Данный показатель рассчитывается по формуле: VAN = -(I₂-I₁), где в нашем случае: I₁ и I₂ — объемы капиталовложений, требующихся для соответственно реализации традиционной системы нагрева воды (котел) и альтернативной технологии (гелиоустановка и/или тепловой насос);  – годовая экономия за счет снижения расхода ископаемого топлива и электроэнергии и сокращения отчислений в режиме льготного налогообложения;  – эксплуатационные расходы и стоимость обслуживания альтернативной технологии в текущем году j; i – процентная ставка (либо стоимость привлеченных средств); n – срок службы водонагревающей системы), срока окупаемости (РВТ) и стоимость выработки 1 кВт•ч.

Сравнение экономических показателей рассмотренных трех альтернативных систем нагрева бытовой воды с показателями традиционных нагревательных котлов, работающих на газовом топливе (природный газ), ясно показало, что все рассматриваемые опытные модели обеспечивают существенный экономический эффект (рис. 6). Применение гелиосистем имеют явное преимущество перед остальными вариантами. Например, срок окупаемости капиталовложений для гелиоустановки составляет от 6 до 8 лет. Для тепловых насосов период окупаемости значительно больше, особенно при малом числе пользователей.

Аналогичный анализ применительно к водонагревателям, работающим на сжиженном нефтяном газе, несколько меняет картину, поскольку его стоимость по сравнению с природным значительно выше, а это увеличивает стоимость выработки  1 кВт•ч. Более высокая стоимость топлива у традиционных систем нагрева воды ведет к росту эксплуатационных расходов и, напротив, более значительному снижению затрат при переходе на технологии, использующие возобновляемые источники энергии.  Соответственно по сравнению с газовым котлом у гелиосистем показатель VAN выше, а срок окупаемости при одинаковой гибридной системе – короче.

Стоимость вырабатываемой энергии в системах, где не используется газ (т.е. тепловые насосы и солнечные коллекторы интегрируются с электрическими водонагревателями), остается неизменной, но там, где гелиосистемы интегрируются с газовыми котлами, увеличивается.

Анализ показателя VAN указывает на отсутствие существенных колебаний между различными типами энергетических систем. Анализ срока окупаемости показывает, что при низкой нагрузке (до 6 чел.) у гелиоустановок экономические показатели лучше. На объектах с числом пользователей свыше 6 чел. у систем на основе тепловых насосов ниже сроки окупаемости (менее трех лет).

Следует признать, что для комбинированных систем (гелиоустановка + тепловой насос) получены наихудшие экономические показатели, главным образом из-за высоких первоначальных капиталовложений.

При этом анализ стоимости выработки 1 кВт•ч подтверждает преимущество альтернативных технологий перед традиционными водонагревательными системами, независимо от источника их работы: электроэнергия или природный газ.

Анализ экономических показателей, полученных при компьютерном моделировании ситуаций, показывает, что все три технологии позволяют получить значительную экономию по сравнению с традиционными системами нагрева бытовой воды. Гелиоустановки наиболее привлекательны для обеспечения нагрева бытовой воды в Италии среди рассматриваемых вариантов. Использование тепловых насосов, имеющих более длительный период окупаемости (особенно в регионах с развитым газоснабжением), целесообразно, когда в силу объективных причин использование гелиоустановки невозможно. Гелиосистемы, комбинированные с тепловыми насосами, в силу высоких первоначальных капиталовложений менее привлекательны.

Ф.Каредда, Н.Мандрас, университет г. Кальяри (Италия)

Журнал Энергосбережение, 2011, № 5, стр. 67

 

 

По вопросам членства в СРО Энергоаудиторов и получения допуска к проведению энергоаудита обращайтесь:

НП СРО «Межрегиональный союз энергоаудиторов «ИМПУЛЬС»

125310, г. Москва, ул. Митинская, д. 55, стр. 1, офис 58

Телефон СРО +7 (495) 943-14-48;     Факс СРО +7 (495) 759-55-36.

Наше СРО Энергоаудиторов работает со всеми регионами России.

Рейтинг@Mail.ru