Тепловые насосы

ТЕПЛОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА
INSOLAR HYBRID

Скачать каталог

Альбомы технических и проектных решений применения теплонасосных систем

Скачивание доступно по запросу

АТПР ТН-М-0159-00БК

АТПР ТСТ-0159МК

Открытым акционерным обществом ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» создана, апробирована в натурных условиях эксплуатации и внедрена на 17-ти этажном экспериментальном жилом доме по адресу ул.Анохина, д.62 инновационная технология теплохладоснабжения многоэтажных зданий, базирующаяся на применении нового поколения гибридных теплонасосных систем теплохладоснабжения (ТСТ) многоэтажных зданий. Созданные гибридные ТСТ в качестве источников теплоты низкого потенциала для испарителей тепллонасосного оборудования используют тепло грунта поверхностных слоев Земли в комбинации со «сбросным» теплом вентиляционных выбросов здания. Гибридные ТСТ обеспечивают экономию энергии в размере 55-60% от замещаемой нагрузки (горячее водоснабжение и/или отопление).

Новизна разработанных технологических схемных и технических решений новых гибридных ТСТ многоэтажных жилых зданий состоит прежде всего в предложенном принципиально новом подходе к построению ТСТ, заключающемся в рассмотрении комплекса: централизованное энергоснабжение города+ здание + ТСТ+климат+окружающая среда — как единой экоэнергетической системы. Созданные гибридные ТСТ рационально сочетают и используют как возможности и преимущества теплонасосных систем в повышении степени автономности жилых домов, так и возможности централизованной системы энергоснабжения города. Конфигурация разработанных гибридных ТСТ обеспечивает наилучшие технико-экономические показатели и перспективы внедрения в массовое жилищное строительство российских городов.

Принципиально новой является положенная в основу разработанных ТСТ концепция гибридной (нетрадиционные источники энергии+тепло от ТЭЦ) ТСТ, использующей низкопотенциальное тепло грунта поверхностных слоев Земли в комбинации с низкопотенциальным теплом вентвыбросов многоэтажного здания, а также тепловую энергию от ТЭЦ или другого традиционного источника энергии (районная тепловая станция, котельная, электрокотельная и пр.) для покрытия пиковых нагрузок.

Очень важным достоинством предлагаемой конфигурации гибридной ТСТ является возможность «мирного» сосуществования с централизованной системой энергоснабжения города. В данном случае обе системы максимально реализуют свои технологические преимущества, а антагонизм (автономные или централизованные) полностью отсутствует.

Рис. 3 Альбом типовых технических решений термоскважин систем сбора низкопотенциального тепла грунта и блоков утилизаторов низкопотенциального тепла вентвыбросов для гибридных теплонасосных систем теплоснабжения многоэтажных зданий.

Внедрение в Москве разрабатываемых гибридных ТСТ позволит не только в два раза сократить затраты энергии на покрытие замещаемых энергетических нагрузок, но и примерно на 800-1000 часов в год повысить эффективность использования установленной в Москве электрогенерирующей мощности. Схема тепловых потоков гибридной теплонасосной системы горячего водоснабжения многоэтажного дома приведена в альбоме технических решений.

В альбоме представлены принципиальные и технологические схемы, планировочные и технические решения различных конфигураций гибридных ТСТ базового жилого дома, в качестве которого был выбран 25-этажный дом типовой серии Д-25Н1 московского домостроительного комбината ДСК №1. Эта серия представляется одной из наиболее перспективных на московском рынке массового жилищного строительства. ДСК №1 является сегодня одним из крупнейших домостроительных комбинатов в строительном комплексе Москвы. В альбом включены разработанные технологические схемные и технические решения по холодоснабжению квартир базового жилого дома. Разработанные технологические схемные и технические решения гибридных ТСТ обеспечивают экономию энергии в сравнении с традиционными аналогами до 70 % . В Альбом (рис.2) вошли основные разработанные технологические и технические решения гибридных ТСТ, а также «практический задел» предприятий группы инновационных компаний «ИНСОЛАР», апробированный на реальных экспериментальных объектах.

Представленный в Альбоме материал, безусловно, будет полезен проектировщикам и специалистам, работающим в области энергосбережения, и фактически является первым в стране документом, имеющим статус Технических рекомендаций, утвержденных Правительством Москвы, обобщающим отечественный технологический опыт применения ТСТ в климатических условиях России. Разработанные новые технологические и технические решения защищены Патентами РФ на изобретения.

Впервые для почвенно-климатических условий Москвы и центрального региона РФ разработана технология использования теплоаккумуляционных свойств грунтового массива системы теплосбора для холодоснабжения зданий в летний период года, в том числе при эксплуатации термоскважин с эффектом «нулевой завесы». Полученные результаты открывают возможность создания принципиально новых систем центрального кондиционирования массового жилья с незначительными энергетическими издержками за счет «холода», аккумулируемого в грунте ТСТ в зимнее время года.

Рис. 4 Районирование территории РФ по эффективности использования низкопотенциального тепла грунта в теплонасосных системах теплоснабжения. Изолинии на карте - значения коэффициента трансформации ТСТ.

Дело в том, что практически на всей территории РФ эксплуатация гибридных ТСТ будет связана с так называемым эффектом «нулевой завесы» - замораживанием и оттаиванием поровой влаги в грунтовом массиве системы теплосбора. Прежде всего, это обусловлено геоклиматическими условиями России: более низкими по сравнению с Европой температурами грунта и повышенными (в связи с более холодным климатом) нагрузками на ТСТ. Поэтому развитие отечественного рынка геотермальных ТСТ без учета при проектировании фазовых переходов влаги в грунтовых массивах систем теплосбора и технологических решений по рациональному использованию эффекта «нулевой завесы» практически невозможно. В связи с этим, весьма серьезным достоинством проведенных исследований являются исследования надежности эксплуатации разрабатываемого оборудования в условиях отрицательных температур. Впервые в России проведены комплексные исследования по этому направлению, разработаны методики испытаний трубопроводов и термоскважин, эксплуатируемых при отрицательных температурах. Созданы и изготовлены стенды. Проведены лабораторные и натурные экспериментальные исследования. На их основе разработаны технологические и технические решения по монтажу трубопроводов и соединительных элементов из полимерных материалов в условиях отрицательных температур в термоскважинах и других элементах гибридных теплонасосных систем теплоснабжения, позволяющих обеспечить надежное и долговечное применение полимерных трубопроводов в теплонасосных и других энергоэффективных инженерных системах многоэтажных жилых зданий в условиях плотной городской застройки.

В итоге, разработаны типовые технические решения термоскважин, обеспечивающие, как минимум, двукратное увеличение удельного съема геотермального тепла с 1 погонного метра термоскважин в сравнении с существующими зарубежными аналогами. Так, например, ведущие европейские фирмы с 1 погонного метра вертикальной термоскважины грунтового теплообменника диаметром 160 мм получают 50-100 Вт, а разработанные ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» технические и технологические решения позволяют увеличить удельный теплосъем до 200-250 Вт с 1 погонного метра длины термоскважин.

Результаты исследований вошли в разработанный «Альбом типовых технических решений термоскважин систем сбора низкопотенциального тепла грунта и блоков утилизаторов низкопотенциального тепла вентвыбросов для гибридных теплонасосных систем теплоснабжения многоэтажных зданий». Альбом (рис. 3) фактически является первым в стране документом, имеющим статус Технических рекомендаций, утвержденных Правительством Москвы, обобщающим отечественный технологический опыт применения термоскважин в климатических условиях России. Разработанные новые технологические и технические решения защищены Патентами РФ на изобретения. Выполнена сертификация разработанных типовых технических и конструктивных решений термоскважин.

Впервые в России было выполнено районирование территории РФ по эффективности использования низкопотенциального тепла грунта поверхностных слоев Земли в теплонасосных системах теплоснабжения. В качестве критерия районирования использован коэффициент трансформации энергии ТСТ, численно равный количеству энергии, вырабатываемому ТСТ на 1 кВт электрической мощности, затраченной на ее (ТСТ) привод. Результаты районирования представлены на рис. 4.

Рис. 5 17-этажный жилой дом (ул. Анохина, 62).

Рис. 6 17-этажный жилой дом (ул. Анохина, 62).

В 2010 году на экспериментальном здании — 17-этажный жилой дом, ул. Анохина, 62 (рис.5 и 6) смонтирован опытный образец гибридной ТСТ и проведены серии испытаний. Получены новые научные данные по эффективности опытной и натурной эксплуатации разработанных опытных образцов основных элементов и гибридной ТСТ в целом, позволившие установить следующее:

• созданные опытные образцы основных элементов гибридных ТСТ обеспечивают покрытие производимой тепловой энергии и холода за счёт использования низкопотенциального тепла вентиляционных выбросов в комбинации с низкопотенциальным теплом грунта в объеме 80,4% , при этом ТСТ осуществляет нагрев сетевой воды от 9 до 49оС;
• достигнутый во время натурных испытаний (на 17– этажном жилом доме ) средний коэффициент преобразования энергии непосредственно в теплонасосном цикле составил 3,63;
• В пиковый период водопотребления нагрето 10,8 куб. м воды от 9 до 48оС, при этом выработано 490 кВт. ч тепловой энергии, а истрачено 135 кВт. ч электрической энергии;
• гибридная ТСТ обеспечивает 66% снижения выбросов в атмосферу;
• температурный потенциал используемого низкопотенциального тепла грунта поверхностных слоев Земли -2о С - +5о С;
• суточная теплоемкость систем аккумулирования 697 кВт. ч в сутки;
• температурный уровень аккумулирования тепловой энергии в грунте +5 оС;
• температурный уровень аккумулирования «холода» в грунте -2оС;
• пиковый удельный съем низкопотенциального тепла грунта с 1 погонного метра длины термоскважин 214 Вт.

В час наибольшего водопотребления расход воды составляет 2,5 куб. м, потребляемая электрическая мощность 35 кВт, суммарная нагрузка на термоскважины 74,5 кВт (с учетом вентвыбросов).

Полученные результаты открывают возможность создания принципиально новых систем теплохладоснабжения массового жилья с незначительными энергетическими издержками. Себестоимость приготовления горячей воды опытной гибридной ТСТ экспериментального 17-этажного здания за период испытаний (5 суток) составила 28 руб. за 1 куб. м горячей воды, при существующих в Москве тарифах для населения 90 руб. за 1 куб. м, горячей воды без дотаций городского бюджета. Другими словами, экономическая эффективность созданной технологии и оборудования еще выше : экономия для населения в рублях составляет более 60%.

Разработана документация и освоено производство теплонасосных установок АТНУ-50 для гибридных ТСТ (рис.7). Теплонасосная установка АТНУ-50 и термоскважины сертифицированы (рис. 8)

В основу созданной технологии положены изобретения, защищенные Патентами РФ, принадлежащими ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ». Из которых основные следующие: № 2364795 «Теплонасосная система теплоснабжения многоэтажных зданий», № 2351850 «Теплонасосная система теплохладоснабжения» , № 51637 «Геотермальная теплонасосная система теплоснабжения и холодоснабжения зданий и сооружений», №51635 «Устройство для извлечения тепловой энергии грунта».

Прогнозная оценка экономической эффективности созданной технологии показала, что за счет использования низкопотенциального тепла вентвыбросов зданий в Москве в 2020 году можно будет сократить потребление тепловой энергии на 8,4 млрд. кВт. ч в год, что составляет около 20 % прогнозируемых (без утилизации и рекуперации тепла вентвыбросов) затрат энергии на теплоснабжение жилого фонда города в 2020 году. Полученные цифры возможной экономии энергии за счет утилизации низкопотенциального тепла вентвыбросов наглядно показывают, что потенциал созданной технологии , использующей нетрадиционные и вторичные источники энергии, достаточно высок, и с ее помощью можно с успехом заместить значительную часть традиционных энергоресурсов в городском энергетическом балансе. Кроме того, ее серьезным преимуществом является не только энергетическая эффективность, но и экологическая «чистота».


Рис. 7 Документация и освоение производства теплонасосных установок АТНУ-50 для гибридных ТСТ.

Рис. 8 Теплонасосная установка АТНУ-50 и термоскважины.