Проект энергообеспечения энергоэффективного дома для климатических условий города Екатеринбурга

 

РЕФЕРАТ

Дипломный проект выполнен с целью создания системы отопления и ГВС жилого загородного дома в поселке Ключевск, Свердловской области с помощью теплового насоса и солнечных коллекторов.

Пояснительная записка содержит 163 листа печатного текста, 48 формул, 19 таблиц, 32 рисунка, 6 графиков,38 литературных источника,

Графическая часть состоит из семи листов формата А1.

Ключевые слова: СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР, ОТОПЛЕНИЕ, ГВС, СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ, ГСОП, ЦИРКУЛЯЦИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ, ТЕПЛОВОЙ НАСОС.

В дипломном проекте рассмотрена возможность применения системы солнечных коллекторов для ГВС в летний период и теплового насоса для отопления и ГВС в зимний для климатических условий Свердловской области.

Перечень листов графических элементов

№ п/пНаименованиеОбозначениеФормат11Основные положения140202.52900811А122Схемы дома и источников энергии для него140202.52900811А133Используемые установки140202.52900811А144Исходные данные140202.52900811А155Характеристики здания140202.52900811А166Технико-экономические характеристики проекта140202.52900811А177Солнечный коллектор140202.52900811А1

Условные обозначения

СК - солнечный коллектор;

ВСК - вакуумный солнечный коллектор;

ГВС - горячее водоснабжение;

ГСОП - градус-сутки отопительного периода;

ПСК - плоский солнечный коллектор;

САУ - система автоматического управления;

ТО - теплообменный аппарат;

ТИМ - теплоизоляционный материал;

ИНТ- источник низкопотенциального тепла;

ПВТ - приемник высокопотенциального тепла;

НГ - негорючие материалы.

Введение

Энергосбережение и энергоэффективность - являются важнейшими приоритетами эффективного развития экономики страны, что было заявлено Президентом России в его послании Федеральному Собранию.

Энергосбережение - реализация правовых, организационных, научных мер, направленных на уменьшение потерь энергетических ресурсов, и вовлечение в хозяйственный оборот нетрадиционных источников энергии.

Энергоэффективность - достижение максимальной экономически обоснованной величины использования топливно-энергетических ресурсов, при соответствующем уровне развития техники и технологии с одновременным снижением техногенного воздействия на окружающую среду.

Эффективное использование энергии на промышленном предприятии снижает первичную себестоимость продукции, что в свою очередь отражается на ее стоимости. Она в дальнейшем оказывает влияние на ценовую политику и экономический эффект. Поэтому увеличение энергоэффективности производства является важной задачей, решение которой позволит повысить устойчивость экономической системы. Энергосберегающие технологии позволяют добиться экономного использования ресурсов при производстве продукции или оказании услуг (например, в коммунальном хозяйстве). Это в свою очередь также оказывает влияние на механизм ценообразования и развитее экономической системы.

Особое значение отводится роли энергосбережения в коммунальной отрасли, которая является одной из главных потребителей тепловой энергии (30 % от всего объема энергоносителей). Но ввиду несовершенства используемого оборудования и технологий очень велики потери, которые могут достигать 50 - 80 %, вследствие чего увеличивается стоимость тепловых коммунальных энергоносителей и как следствие ? рост тарифов. Уменьшение количества теряемого тепла, возможно, при применении более совершенных организационных мероприятий и улучшении теплоизоляционных систем.

Чтобы снизить тепловые потери, необходима точная оценка эффективности работы коммунальных систем, которая может быть проведена на основе анализа теплоизоляции трубопроводов. Это может быть сделано по коэффициенту теплопроводности материала, применяемого для теплоизоляции. Также точное значение коэффициента теплопроводности необходимо при проектировании новых трубопроводов или ремонте и реконструкции уже имеющихся.

К сожалению, в настоящее время отсутствуют точные методики определения теплопроводности материалов. Использование экспериментальных методов во многих случаях является затруднительным. Кроме того, возникают сложности при анализе справочных данных по теплоизоляционным материалам. Для многих из них эти данные являются недостоверными из-за искажения их поставщиками и изготовителями. Для других материалов, эти данные имеют приближенный характер или отсутствуют (огнеупорные материалы, базальтовое волокно и др.).

Теплоизоляция зданий <#"justify">В связи с этим вопрос строительства энергоэффективных зданий в России становится одним из ключевых, а проблема рационального использования энергоресурсов приобретает все большее значение. Особенно остро эта проблема встает в коммунальном хозяйстве, которое потребляет до 20% электрической и 45% тепловой энергии, производимой в стране. На единицу жилой площади в России расходуется в 2-3 раза больше энергии, чем в странах Европы (в Германии в настоящее время расход теплоэнергии на отопление составляет 80 кВт ч/м2, а в Швейцарии - 55 кВт ч/м2) и не столько из-за более сурового климата, сколько благодаря существенно меньшей жесткости строительных стандартов и нормативов.

Таким образом, было принято решение создания проекта энергоэффетивного дома с независимым теплоснабжением, для климатических условий России (на примере Свердловской области),

Для осуществления данной цели, были поставлены следующие задачи:

1)проанализировать рынки теплоизоляционных материалов, солнечных коллекторов и тепловых насосов;

)рассчитать ожидаемые теплопотери, при выбранных ТИМ;

)оценить суммарное энергопотребление здания;

)подобрать, необходимое оборудование;

)определить рентабельность и окупаемость вложений.

1. Проблемы энергосбережения

1.1Нормативно-правовая база

Начало процессу формирования принципов и механизмов государственной политики в области энергосбережения РФ было положено выходом в свет постановления Правительства Российской Федерации «О неотложных мерах по энергосбережению в области добычи, производства, транспортировки и использования нефти, газа и нефтепродуктов» (№ 371 от 01.06.92 г.) и одобрением в этом же году Правительством РФ Концепции энергетической политики России. В апреле 1996 г. был принят Федеральный закон № 28-ФЗ «Об энергосбережении».

Новый Федеральный закон № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" от 23 ноября 2009 года определяет основные требования к энергетической эффективности предприятий, организаций, в т.ч. бюджетных и осуществляющих регулируемые виды деятельности, требования в отношении отдельных видов товаров и оборудования, зданий, в т.ч. многоквартирных домов, определяет условия энергосервисных контрактов, правила создания и функционирования саморегулируемых организаций энергоаудиторов, вводит штрафы за невыполнение отдельных требований и нормативов энергоэффективности.

Распоряжение Правительства РФ от 01.12.2009 N 1830-р "Об утверждении плана мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в Российской Федерации" определяет перечень мероприятий, нормативных актов, принимаемых министерствами и ведомствами, а также сроки принятия данных актов во исполнение ФЗ-261 "Об энергосбережении..."

Сегодня энергоэффективность и энергосбережение входят в 5 направлений стратегического развития, названных президентом РФ на заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России, которое состоялась 18 июня 2009 года.

Эта тема была продолжена президентом на расширенном заседании президиума Госсовета 2 июля 2009 года в Архангельске. Среди основных проблем, обозначенных Д.А. Медведевым, - низкая энергоэффективность во всех сферах, особенно в бюджетном секторе, ЖКХ, влияние цен энергоносителей на себестоимость продукции и ее конкурентоспособность.

Одна из важнейших стратегических задач страны, поставленной президентом (Указ № 889 от 4 июня 2008 года «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики»)- снижение энергоемкости валового внутреннего продукта (ВВП) на 40% к 2020 году. Для ее реализации необходимо создание совершенной системы управления энергоэффективностью и энергосбережением. В связи с этим Министерством энергетики РФ было принято решение о преобразовании подведомственного ФГУ «Объединение Росинформресурс» в «Российское энергетическое агентство», с возложением на него соответствующих функций.

.2 Мероприятия, применяемые при оценке энергоэффективности

Энергетическое обследование - деятельность по определению класса энергетической эффективности здания, предприятия, продукции, технологического процесса или организации. Деятельность по проведению энергетического обследования вправе осуществлять только лица, являющиеся членами саморегулируемых организаций в области энергетического обследования[1]. Класс энергетической эффективности здания - характеристика здания, отражающая его энергетическую эффективность.

Основными целями энергетического обследования являются[1]:

) получение объективных данных об объеме используемых энергетических ресурсов;

) определение показателей энергетической эффективности;

) определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности;

) разработка перечня типовых, общедоступных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведение их стоимостной оценки.

По результатам энергетического обследования проводившее его лицо составляет энергетический паспорт и передает его лицу, заказавшему проведение энергетического обследования.

Энергетический паспорт здания, должен содержать следующие данные энергетического обследования[1]:

? оснащенность средствами учета энергетических ресурсов;

? объем расходуемых энергетических ресурсов и его динамика;

? класс энергетической эффективности;

? процент потери энергетических ресурсов;

? потенциал энергосбережения, оценка возможной экономии;

? типовой план энергосбережения и повышения энергоэффективности.

Энергоаудит - взаимосвязанный комплекс технических, организационных, экономических и иных мероприятий, направленный на выявление возможности экономически эффективной оптимизации потребления энергетических ресурсов. Результатом энергоаудита является энергетический паспорт.

Включает:

? энергомониторинг - отслеживание установленных и фактических параметров энергопотребления;

? измерения (замеры) - определение с помощью специальных приборов (средств измерения, средств учета) параметров в контрольных точках;

? опросы и анкетирование участников процесса производства или потребления энергоресурса;

? изучение сопутствующей нормативной базы, руководящих документов и инструкций на предприятии;

? расчеты экономической эффективности внедрения тех или иных организационных предложений, либо инвестиций в энергосберегающие технологии (устройства);

? составление отчета, содержащего результаты проведенного энергоаудита и рекомендации.

При проведении энергетического обследования (энергоаудите) проводятся следующие мероприятия:

) анализ состояния систем электроснабжения, теплоснабжения, водообеспечения, парка технического оборудования промышленного предприятия (объекта);

) оценка состояния систем и средств измерений - приборы для учета энергоносителей и их соответствие установленным требованиям;

) выявление необоснованных потерь;

) оценка состояния системы нормирования энергопотребления и использования энергоносителей;

) проверка энергетических балансов предприятия (объекта);

) расчет удельных энергозатрат на выпускаемую продукцию (или виды работ);

) оценка целесообразности основных энергосберегающих мероприятий, реализуемых предприятием.

Результатом энергоаудита может являться: заключение о качестве получаемых энергоресурсов, особенно электроэнергии; рекомендации по внедрению мероприятий и технологий энергосбережения; рекомендации по проведению мероприятий (в том числе изменений в технологии), направленных на повышение энергоэффективности выпускаемой продукции; рекомендации по замене потребляемых энергоресурсов иными видами ресурсов (например, электроэнергии на обогрев - теплом или горячим паром).

По итогам обследования формируется Энергетический паспорт предприятия по форме, утверждённой Приказом Миэнерго № 182 от 19 апреля 2010 года.

Оборудование (приборы) для проведения энергоаудита - это комплекс средств измерений, которые должны удовлетворять определенным требованиям. Основные требования к прибором для энергоаудита:

? при измерении режима электрических цепей - отсутствие влияния на работу исследуемых электрических цепей;

? портативность - вес не более 15 кг, исполнение в защищенном корпусе или наличие защитного чехла;

? автономность - наличие встроенного источника питания, обеспечивающего несколько часов работы;

? возможность регистрации данных - наличие внутреннего запоминающего устройства или, в крайнем случае, унифицированного выхода для подключения внешнего запоминающего устройства;

? связь с компьютером - наличие порта и программного обеспечения для передачи данных на ПК;

? наличие свидетельства об утверждении типа средств измерений в РФ;

Для проведения инструментального энергетического обследования минимальный набор оборудования должен включать в себя приборы для следующих измерений: показателей качества электроэнергии; расхода жидкости; расхода теплового потока; температуры (контактное измерение);температуры (бесконтактное визуальное ИК измерения); обнаружение течи (течеискатели).

1.3 Примеры домов

.3.1 Образцовый солнечный дом «Лейпциг»

В ноябре 2007 года фирма «HELMA Eigenheimbau AG» представила посетителям первый образец солнечного дома в своем парке образцов строительства в Лэрте недалеко от Ганновера. Современный кирпичный солнечный дом расширил базу энергосберегающих домов фирмы, строящей дома по всей Германию.

Благодаря этому солнечному дому фирма «HELMA» стала одним из лидеров производства экологически безопасных энергосберегающих домов <#"justify">1.3.2 Солнечный дом Лоренца

В доме Лоренца степень покрытия солнечной системой составляет около 77%.Солнечный коллектор размером 68 квадратных метров и с углом наклона 45 градусов расположен на отвесной крыше, он обеспечивает солнечное тепло для системы отопления и подогрева хозяйственно-питьевой воды, которая находится в комбинированном накопителе с двухступенчатой системой загрузки и разгрузки объемом 11 кубических метров. Благодаря этому можно пережить даже несолнечные дни. Накопитель высотой 6,2 метра простирается от подвала до второго этажа и является элементом декора в кухне и гостиной. Лестничная клетка построена вокруг накопителя.

Жилая площадь солнечного дома составляет 170 квадратных метров, потребность в тепле составляет 9 киловатт часов на квадратный метр в год. Предпосылкой для хорошей работы системы отопления является хорошая изоляция дома. Солнце используется также пассивно благодаря полностью остекленному зимнему саду. В остеклении было применено зеркальное стекло, что позволяет наблюдать из дома, что происходит на улице, но то, что происходит в доме, снаружи не видно. В доме используется стеновое панельное отопление, которое работает на низких температурах. Оно фактически опоясывает весь дом.

Сведения о солнечном доме Лоренца.

Степень покрытия солнечной системой 77%

Жилая площадь 170м²

Потребность в тепле 6кВт

Площадь коллектора 68 м². Угол наклона 45 градусов.

Комбинированный накопитель «Лоренц» 11м³. Высота 6,2 м.

Двухступенчатая система загрузки/разгрузки (собственное производство).

Система отопления: стеновое панельное отопление, голландская печь с подводом воды.

Потребность в топливе: 1,5 стера дров в год

Стены накопителя и печи благодаря встроенной системе панельного отопления нагреваются за счет солнечной энергии.

2. Источники энергии энергоэффективного дома

.1 Теплоизоляция

Теплоизоляционными называют строительные материалы и изделия, предназначенные для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, а также различных технических применений. Основной особенностью теплоизоляционных материалов является их высокая пористость и, следовательно, малая средняя плотность и низкая теплопроводность.

Применение теплоизоляционных материалов в строительстве позволяет снизить массу конструкций, уменьшить потребление конструкционных строительных материалов (бетон, кирпич, древесина и др.). Теплоизоляционные материалы существенно улучшают комфорт в жилых помещениях. Важнейшей целью теплоизоляции строительных конструкций является сокращение расхода энергии на отопление здания.

Основной путь снижения энергозатрат на отопление зданий лежит в повышении термического сопротивления ограждающих конструкций с помощью теплоизоляционных материалов (ТИМ). С 2000 года нормативные требования по расчётному сопротивлению теплопередачи ограждающих конструкций в России увеличены в среднем в 3,5 раза и практически сравнялись с аналогичными нормативами в Финляндии, Швеции, Норвегии, Северной Канаде, других северных странах. Соответственно выросло значение (ТИМ).

2.1.1 Основные технические характеристики

Свойства теплоизоляционных материалов применительно к строительству характеризуются следующими основными параметрами.

Важнейшей технической характеристикой ТИМ является теплопроводность - способность материала передавать теплоту сквозь свою толщу, так как именно от нее напрямую зависит термическое сопротивление ограждающей конструкции. Количественно определяется коэффициентом теплопроводности ?, выражающим количество тепла, проходящее через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м2при разности температур на противолежащих поверхностях 1°С за 1 ч.

Коэффициент теплопроводности в справочной и нормативной документации имеет размерность Вт/(м·°С).

На величину теплопроводности теплоизоляционных материалов оказывают влияние плотность материала, вид, размеры и расположение пор (пустот) и т.д. Сильное влияние на теплопроводность оказывает также температура материала и, особенно, его влажность.

Плотность - отношение массы сухого материала к его объему, определенному при заданной нагрузке (кг/м3).

Прочность на сжатие- это величина нагрузки (КПа), вызывающей изменение толщины изделия на 10%.

Сжимаемость - способность материала изменять толщину под действием заданного давления. Сжимаемость характеризуется относительной деформацией материала под действием нагрузки 2 КПа.

Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном контакте с водой. Водопоглощение теплоизоляционных материалов характеризуется количеством воды, которое впитывает сухой материал при выдерживании в воде, отнесенным к массе или объему сухого материала.

Для снижения водопоглощения ведущие производители теплоизоляционных материалов вводят в них гидрофобизирующие добавки.

Сорбционная влажность- равновесная гигроскопическая влажность материала при определенных условиях в течение заданного времени. С повышением влажности теплоизоляционных материалов повышается их теплопроводность.

Морозостойкость- способность материала в насыщенном влагой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения. От этого показателя существенно зависит долговечность всей конструкции, однако, данные по морозостойкости не приводятся в ГОСТ или ТУ.

Паропроницаемость- способность материала обеспечивать диффузионный перенос водяного пара.

Во избежание накопления влаги в многослойной ограждающей конструкции и связанного с этим падения термического сопротивления паропроницаемость слоёв должна расти в направлении от тёплой стороны ограждения к холодной.

Воздухопроницаемость. Теплоизолирующие свойства тем выше, чем ниже воздухопроницаемость ТИМ. Мягкие изоляционные материалы настолько хорошо пропускают воздух, что движение воздуха приходится предотвращать путем применения специальной ветрозащиты. Жесткие изделия, в свою очередь, обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах. Они сами могут применяться в качестве ветрозащиты.

Огнестойкость- способность материала выдерживать воздействие высоких температур без воспламенения, нарушения структуры, прочности и других его свойств.

По группе горючести теплоизоляционные материалы подразделяют на горючие и негорючие. Это является одним из важнейших критериев выбора теплоизоляционного материала.

2.1.2 Общие принципы устройства теплоизоляции

1. Теплоизоляция строительных конструкций должна быть запроектирована так, чтобы выполнять возложенные на нее функции в течение всего жизненного цикла конструкции.

. В проекте должны быть описаны способы укладки и защиты теплоизоляционных материалов для обеспечения заданной теплопроводности. Изоляционный материал должен заполнять весь предусмотренный проектом объем и выдерживать нагрузки, возникающие как при укладке, так и в процессе эксплуатации. При необходимости проект должен содержать описание способов заполнения стыковочных швов.

. Слой теплоизоляционного материала с подветренной стороны здания необходимо защищать от ветра. Ветрозащитный слой должен покрывать весь изоляционный материал и быть настолько плотным, чтобы препятствовать проникновению в строительные конструкции или сквозь них воздушных потоков, существенно снижающих изоляционные свойства материала. Особое внимание следует обратить на места соединения наружных стен и стен фундамента, наружных стен и чердачных перекрытий, на углы наружных стен и коробки проемов.

. Если в многослойной ограждающей конструкции паропроницаемость слоёв уменьшается по мере движения от тёплой стороны к холодной, существует опасность накопления внутри конструкции конденсирующейся влаги. Для минимизации этого эффекта на теплой стороне ограждения устраивают специальный пароизоляцонный барьер, паропроницаемость которого не менее чем в несколько раз выше, чем у наружных слоёв. Швы и соединения пароизоляционного барьера должны быть загерметизированы.

. Ограждающая конструкция должна быть спроектирована так, чтобы создать как можно более благоприятные условия для свободного выхода за её пределы паров, неизбежно проникающей в неё влаги. При необходимости защиты теплоизоляционных материалов от ветра или атмосферной влаги целесообразно использовать специальные "дышащие" мембраны, прозрачные для выхода водяных паров.

. Исследования показали, что многие негативные явления, возникающие в многослойных ограждающих конструкциях (плесень, гниль, формальдегид, радон и др.), как правило, связаны с сыростью. Залог надёжной работы ограждающей конструкции - учёт на стадии проектировании всего комплекса вопросов тепломассопереноса.

Минеральная вата.

Минераловатные теплоизоляционные изделия являются наиболее распространёнными. По некоторым данным их доля среди всех применяемых ТИМ составляет около 80%.

Минеральная вата представляет собой тонкие и гибкие волокна, полученные при охлаждении предварительно раздробленного в капли и вытянутого в нити минерального расплава.

В зависимости от вида сырья минеральная вата делится на каменную и шлаковую. Сырьем для производства каменной ваты служат горные породы - диабаз, базальт, известняк, доломит, и др. Шлаковую вату получают из шлаков чёрной и цветной металлургии.

Ведущие мировые производители в качестве сырья используют исключительно горные породы, что позволяет получать минеральную вату высокого качества с длительным сроком эксплуатации. Именно её рекомендуется применять для ответственных конструкций - в случае, когда требуется их многолетняя надежная работа.

На качество минераловатных ТИМ в значительной мере влияет связующее. Для строительных целей предпочтительно использовать изделия на фенольном связующем, поскольку карбамидное связующее менее водостойкое. Бояться выделения фенола не стоит. При строгом следовании технологическому процессу производства происходит полная нейтрализация и поликонденсация фенола.

Основным свойством минеральной ваты, отличающим ее от многих других ТИМ, является негорючесть в сочетании с высокой тепло- и звукоизолирующей способностью. К тому же минераловатные ТИМ обладают устойчивостью к температурным деформациям, негигроскопичностью, химической и биологической стойкостью, экологичностью и легкостью выполнения монтажа.

По требованиям пожарной безопасности изделия из минеральной ваты относятся к классу негорючих материалов (НГ). Более того, они эффективно препятствуют распространению пламени и применяются в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты.

Теплопроводность минераловатных изделий складывается из трех составляющих: теплопроводности волокон, теплопроводности воздушной среды и влаги, находящихся между волокнами, а также передачи тепла лучеиспусканием. Теплопроводность твердой основы как основная составляющая общей теплопроводности зависит от геометрии и ориентации волокон в пространстве. При заданной плотности наиболее эффективным теплоизолятором является минеральная вата с хаотически расположенными и беспорядочно ориентированными волокнами.

Ориентация волокон влияет не только на теплопроводность, но и на прочностные характеристики минераловатных изделий. Прочность на сжатие у них возрастает с ростом количества вертикально ориентированных волокон. Таким образом, чем выше процент вертикально ориентированных волокон, тем более низкой плотности минеральную плиту можно применять для обеспечения заданной прочности на сжатие. Поэтому технологии формования минераловатных плит, обеспечивающие высокий процент вертикально ориентированных волокон, являются наиболее прогрессивными.

Важное свойство минераловатных материалов - ничтожно малая усадка (в том числе термическая) и сохранение своих геометрических размеров в течение всего периода эксплуатации здания. Это гарантирует отсутствие "мостиков холода", которые в противном случае неизбежно возникли бы на стыках изоляционных плит.

Минеральная вата обладает чрезвычайно низкой гигроскопичностью: содержание влаги в изделиях из нее при нормальных условиях эксплуатации составляет 0,5% по объему. Однако хранение на строительной площадке и монтаж теплоизоляции часто происходят во влажных условиях (например, во время дождя). Чтобы минимизировать водопоглощение, минеральную вату, как правило, пропитывают специальными водоотталкивающими составами (кремний-органическими соединениями или специальными маслами).

Изоляционные материалы из минеральной ваты отличаются высокой химической стойкостью. Более того, минеральная вата является химически пассивной средой и не вызывает коррозию контактирующих с ней металлов. Теплоизоляционные и механические свойства изделий из минеральной ваты сохраняются на первоначальном уровне в течение десятков лет.

Применение минеральной ваты позволяет обеспечить не только тепло-, но и звукоизоляцию стен. Минеральная вата значительно снижает риск возникновения стоячих звуковых волн внутри ограждающей конструкции, тем самым, увеличивая изоляцию от воздушного шума. Звукопоглощающие свойства материала увеличивают затухание акустических волн и значительно снижают звуковой уровень помещения.

Стеклянная вата.

Стеклянная вата - это материал, представляющий собой минеральное волокно, которое по технологии получения и свойствам имеет много общего с минеральной ватой. Для получения стеклянного волокна используют то же сырье, что и для производства обычного стекла или отходы стекольной промышленности.

По свойствам стекловата несколько отличается от минеральной. Отличия обусловлены, в частности, тем, что волокна стеклянной ваты имеют большую толщину (16-20 мкм) и в 2...3 раза большую длину. Благодаря этому изделия из стеклянной ваты обладают повышенной упругостью и прочностью. Стеклянная вата практически не содержит неволокнистых включений и обладает высокой вибростойкостью.

Теплопроводность находится в пределах 0,030..0,052Вт/м·К. Температуростойкость стеклянной ваты обычного состава - 450°С, что существенно ниже, чем у минеральной ваты.

Теплоизоляционные материалы из стекловолокна - хорошие звукоизоляторы, так как имеют волокнистую структуру и хорошо поглощают звук. Обладают высокой химической стойкостью, не содержат коррозионных агентов, негигроскопичны. Благодаря противогнилостной обработке и отсутствию запаха предотвращается появление вредителей и плесени в строительных конструкциях.

Этот негорючий материал не выделяет токсичные и вредные вещества под воздействием огня.

Стекловатные изделия широко применяются для тепловой изоляции строительных конструкций. Стекловолокно - настолько мягкий и эластичный материал, что изделиями из него можно облицовывать неровные поверхности, а также применять в конструкциях любой формы и конфигурации. При этом теплоизоляционные изделия из стекловаты отличаются стабильностью формы, выдерживают старение, не подвергаясь деформации.

Области применения практически такие же, как для изделий из минеральной ваты.

Газонаполненные пластмассы - пенопласты.

Газонаполненными (ячеистыми) пластмассами или пенопластами принято называть органические высокопористые материалы, получаемые из синтетических смол. В зависимости от прочности и модуля упругости газо- наполненные пластмассы подразделяются на жесткие, полужесткие и эластичные.

По виду полимера пенопласты подразделяют на термопластичные и термореактивные. В основе первых лежат полимеры с линейной структурой (полистирол, поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен и др.). В основе вторых - полимеры с пространственной структурой (фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные, ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные, полиуретановые и др.).

Специфические особенности газонаполненных пластмасс определяют техническую направленность и экономическую эффективность их применения в качестве строительной теплоизоляции. Благодаря низкой средней плотности, высоким тепло- и звукоизоляционным свойствам, повышенной удельной прочности, а также ряду ценных технологических и эксплуатационных свойств пенопласты не имеют аналогов среди традиционных строительных материалов.

Однако большинству газонаполненных пластмасс свойственны определенные недостатки, существенно ограничивающие возможность их применения: пониженные огнестойкость, теплостойкость и температуростойкость. Кроме того, процессы деструкции (старения) этих материалов, и их биостойкость в процессе длительной эксплуатации до конца не изучены.

Одним из важнейших критериев качества пенопластов является соотношение числа открытых и закрытых пор в их структуре. Физико-механические свойства улучшаются с увеличением содержания закрытых ячеек.

Преимущественно замкнутую ячеистую структуру имеют полистирольные и поливинилхлоридовые пенопласты, а также жесткие пенополиуретаны. Это предопределяет распространенность перечисленных пенопластов в качестве теплоизоляционных материалов в строительных конструкциях.

а) Пенополистирол.

Пенополистирол получают из стиропора путем вспучивания при нагревании под действием газообразователя. В результате образуются гранулы размером 5-15 мм.

Иногда их используют в теплоизоляционных засыпках или в качестве легкого заполнителя в производстве теплоизоляционных штучных материалов с применением различных связующих (например, пенополистиролбетон). Большей же частью гранулы пенополистирола перерабатываются в изделия (плиты, блоки, скорлупы и др.) без применения каких-либо вяжущих.

По технологии производства изделия из пенополистирола делят на два класса, существенно отличающиеся своими свойствами.

Изделия первого класса формируют путем спекания гранул друг с другом при повышенных температурах. В качестве строительной теплоизоляции наиболее распространены плиты пенополистирольные (ППС)по ГОСТ 15588-86.

Изделия второго класса получают путем смешивания гранул полистирола при повышенных температурах с последующим введением вспенивающего агента и выдавливанием из экструдера. Эти изделия также широко применяются в строительстве и хорошо известны под названием экструдированный пенополистирол (ЭПС).

б)Плиты пенополистирольные (ППС).

Следует отметить, что на характеристики пенополистирола чрезвычайно сильно влияет технология его производства. Изделия с низким водопоглощением, высокими теплоизоляционными свойствами и с высокой плотностью поверхностного слоя можно получить только на самом современном технологическом оборудовании.

Качественные пенополистирольные плиты характеризуется низкой теплопроводностью(0,027-0,040 Вт/м К) иплотностью(15 - 40 кг/м3). При этом прочность пенополистирола позволяет применять его в качестве конструктивного элемента, способного нести значительные нагрузки в течение длительного времени. Так прочность на сжатие при 10% линейной деформации составляет для различных марок 65-250 КПа.

Пенополистирол отличается чрезвычайно малой гигроскопичностью(0,05...0,2 %).

Водопоглощение (не более 1,5% по объему при погружении в воду на 7 дней) настолько мало, что позволяет пренебречь влиянием на теплопроводность. Диффузия водяного пара в пенополистироле практически отсутствует.

В качестве утеплителя пенополистирольные плиты применяются:

·в системах наружного утепления мокрого типа;

·в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции;

·в системах с утеплителем внутри ограждающей конструкции (слоистая кладка, трехслойные бетонные или железобетонные панели, трехслойные сэндвич-панели с металлическими обшивками);

·в качестве несъемной опалубки;

·в качестве основания под рулонные или мастичные кровли под стяжку толщиной, определяемой требованиями пожарной безопасности;

·для теплоизоляции подвалов и перекрытий.

в)Экструдированный пенополистирол (ЭПС).

Процесс экструдирования позволяет получить плиты с равномерной структурой, состоящей из мелких, практически полностью закрытых ячеек (пор). Благодаря своей структуре экструдированный пенополистирол обладает целым рядом замечательных свойств, отличающих его от большинства других изоляционных материалов.

Теплопроводность материала чрезвычайно низка (менее 0,03 Вт/м К).

Водопоглощение составляет менее 0,2 % в объеме. Низкое водопоглощение обеспечивает пренебрежимо малое изменение теплопроводности во влажных условиях, которое составляет не более 0,001-0,002 Вт/(м К). Это позволяет с успехом применять экструдированный пенополистирол без дополнительной гидроизоляции.

Коэффициент паропроницаемости также пренебрежимо мал (в зависимости от плотности материала - менее 0,02 мг/ (м.ч.Па)).

Прочностные характеристики, напротив, очень высоки и зависят от толщины и плотности плит. Прочность на сжатие при 10% линейной деформации (по ГОСТ 17177-94), например, в зависимости от плотности лежит в пределах 0,25...0,5 МПа.

Экструдированный пенополистирол химически стоек по отношению к большинству используемых в строительстве материалов (за исключением органических растворителей, безводных кислот и бензина). При выборе клеевых составов следует руководствоваться указаниями изготовителя относительно их пригодности для склеивания пенополистирола. Может приклеиваться горячим битумом.

Экструдированный пенополистирол морозостоек и хорошо сохраняет свои теплоизоляционные свойства. Изменение термического сопротивления после 1000 циклов замораживания-оттаивания не превышает 5%. Благодаря добавлению антипиренов современные экструдированные пенополистиролы соответствуют пожарно-техническим характеристикам Г1 (по ГОСТ 30244-94 слабогорючий) и РП1 (по ГОСТ 51032 - 97 не распространения пламени по поверхности).

Высокие теплотехнические и прочностные характеристики экструдированного пенополистирола позволяют использовать его при решении следующих основных задач:

·изоляция мостиков холода;

·изоляция фундамента, стен подвалов и подземных сооружений ;

·внутренняя теплоизоляция стен (колодцевая кладка);

·теплоизоляция фасадов зданий мокрого типа с последующим нанесением на теплоизоляционные плиты штукатурки или других облицовочных материалов;

·теплоизоляция зданий изнутри, с последующей отделкой сухой штукатуркой, гипсокартоном, деревянными панелями, и др.;

·изготовление сэндвич-панелей;

·теплоизоляция полов ;

·устройство теплоизоляции скатных крыш;

·устройство эксплуатируемых крыш.

г) Пенополистиролбетон.

Пенополистиролбетон (по ГОСТ Р 51263-99) - это композиционный материал. Он представляет собой разновидность легкого бетона, наполнителем которого являются вспененные гранулы полистирола, а связующим средством - портландцемент.

По своему функциональному назначению пенополистиролбетон близок к ячеистым бетонам. Однако, его отличает чрезвычайно низкое водопоглощение (менее 4% в объеме), что обусловливает стабильность теплоизоляционных свойств. Коэффициент теплопроводностизависит от плотности материала и для теплоизоляционных панелей (плотностью 150 кг/м3) составляет 0,055 Вт/м.К.

д)Пенополиуретан (ППУ).

Пенополиуретан представляет собой теплоизоляционный пенопласт, получаемый из полиэфирной смолы и специальных добавок. Пенополиуретан бывает жесткий и мягкий (поролон). Жесткий выпускают в виде плит и блоков, а мягкий - в виде полотнищ и лент. Средняя плотность и теплопроводность поролона - соответственно 30-70 кг/м3 и 0,03-0,04 Вт/м.К. Жесткие плиты имеют среднюю плотность 60-200 кг/м3 и теплопроводность - 0,035-0,06 Вт/м.К.

Низкая теплопроводность пенополиуретана обусловлен тем, что он представляет собой однородную ячеистую пластмассу, в ячейках которой находится воздух. Пенополиуретан не впитывает влагу, не гниет и не плесневеет. Пенополиуретан обладает незначительным водопоглощением и гигроскопичностью, его можно использовать при достаточно высоких температурах.

Пенополиуретан применяется в конструкциях стеновых и кровельных панелей типа сэндвич. Различные пенополиуретановые композиции также используют в изоляционных работах непосредственно на месте производства работ. Теплоизоляционные пенополиуретановые композиции могут наноситься методом набрызга, что позволяет получить сплошную бесшовную изоляцию.

Пенополиуретановые композиции могут заливаться также в зазоры между конструктивными элементами или, в пространство между изолируемой поверхностью и легкой металлической передвижной опалубкой. Чтобы твердеющий пенополиуретан не сцеплялся с опалубкой, ее внутреннюю поверхность покрывают синтетической пленкой. Вес большее применение в современном строительстве находят теплоизолирующие герметики. Среди них достойное место занимают так называемые монтажные пены.

Однокомпонентные монтажные пены (такие как МАКРОФЛЕКС, BOSTIK и другие) являются ячеистой полиуретановой пластмассой. Предварительно затаренные в баллоны композиции дают на выходе из емкости синтетическую пену, отличающуюся хорошей адгезией к дереву, металлу, кирпичу, бетону и т.д.

Монтажные пены хорошо заполняют стыки в строительных конструкциях. Поверхности не требуют предварительной обработки, затвердение композиций происходит под воздействием химической реакции с окружающим воздухом или с содержащими влагу обрабатываемыми поверхностями.

Вспученные минеральные и пробковые теплоизоляционные материалы

К вспученным минеральным ТИМ относятся вспученный вермикулит, вспученный перлит, шунгизит, вспененное (ячеистое) стекло, газобетон и газосиликат.

е) Пеностекло.

Пеностекло - материал со структурой пены, получаемый расплавлением и последующим вспениванием смеси тонкоизмельченного стеклянного порошка с газообразователем. Пеностекло имеет множество газонаполненных пузырьков. Диаметр пузырьков пеностекла различных марок имеет значение от 0,1 до 1 мм.

Пеностекло выпускают в виде плит (блоков) размерами (мм): длина 600, 1200; ширина - 450, 600; толщина 40…180. Для трубопроводов и емкостей выпускаются фасонные изделия из пеностекла (скорлупы, сегменты, колена и др.)

Пеностекло характеризуется наиболее высокой прочностью по сравнению с другими теплоизоляционными материалами. Предел прочности различных видов (марок) пеностекла в пределах 0,35…1,6 МПа (по специальному заказу до 5,0 МПа). Теплопроводность пеностекла при +25°С находится в пределах 0,040…0,052 Вт/(м°С).

У пеностекла отсутствует водопоглощение, паропроницаемость, а это значит, что теплотехнические характеристики пеностекла не будут изменяться в зависимости от продолжительности и условий эксплуатации.

Пеностекло негорючий материал. Температура применения пеностекла от -260° до +485°С, температура размягчения равна примерно 730°.

Пеностекло экологически чистый материал, поэтому, не имеет ограничений при его применении.

Газобетон и газосиликат.

Газобетон и газосиликат представляют собой ячеистые теплоизоляционные бетоны, плотностью менее 900 кг/м3, получаемые из портландцемента (газобетон) или из смеси извести с молотым кварцевым песком (газосиликат) путём вспучивания предварительно приготовленного шлама (теста) с помощью газообразователей и отвердевания в различных условиях (автоклавная обработка или пропаривание). По способу твердения газобетон бывает автоклавный и неавтоклавный, газосиликат - только автоклавный материал.

Водопоглощение теплоизоляционного газобетона - до 20%, а газосиликата - до 25-30%, поэтому изделия из газосиликата не применяют при относительной влажности окружающей среды более 60%. Предельная температура применения обеих разновидностей бетона - 400°С(специальных видов газобетона до 700°С).

Газобетонные и газосиликатные теплоизоляционные изделия в строительстве применяют для утепления стен и бесчердачных кровель промышленных и жилых зданий.

Пробковые теплоизоляционные материалы.

Пробковые теплоизоляционные плиты готовят на основе коры пробкового дуба, поэтому это - натуральные природные материалы.

Материалы из пробки - лёгкие материалы, прочные на сжатие и изгиб, не поддающиея усадке и гниению. Пробка легко режется, что гарантирует чистую и быструю работу. Пробка химически инертна и долговечна (до 50 лет и более), причём ее физические свойства практически не меняются со временем.

Пробка не проводит электрический ток и не накапливает статическое электричество. Материалы из пробки не горят, а только тлеют (при наличии источника открытого огня), После обработки огнестойкими составами они принадлежат к классу горючести В1. При тлении пробка не выделяет ни фенолов, ни формальдегидов.

В качестве тепловой изоляции в основном применяются плиты толщиной 25...50 мм. Средняя плотность150-200 кг/м3, теплопроводность 0,04-0,05 Вт/м·К, температура применения не выше 120°С.

Прессованная пробка в рулонах применяется как тепло- и звукоизолирующая прокладка.

2.2 Солнечные коллекторы

Задача солнечных коллекторов - аккумуляция солнечной энергии с максимально возможной эффективностью. При проектировании солнечного коллектора использовалось несколько хорошо известных принципов. Так, например, для самого нагревателя - «парниковый эффект», то есть свойство солнечных лучей беспрепятственно проходить сквозь прозрачную среду в замкнутое пространство и превращаться в тепловую энергию, уже не способную преодолеть обратно прозрачную «крышу» установки. А в гидравлической системе служит термосифонный эффект, то есть свойство жидкости при нагревании подниматься вверх, вытесняя при этом более холодную воду и заставляя ее перемещаться к месту нагрева. Следует также отметить, что при разработке солнечного коллектора учитывался и эффект накопления и сохранения тепловой энергии: в установке «уловленная» солнечная энергия, преобразованная в тепловую, аккумулируется и сохраняется длительное время. Существуют различные типы солнечных коллекторов, отличающихся внешней формой наружных поверхностей, устройством поглощающих поверхностей и аккумулирующих средств.

.2.1 Типы солнечных коллекторов

Плоский солнечный коллектор

Плоский солнечный коллектор - самый распространенный вид солнечных коллекторов, используемых в бытовых водонагревательных и отопительных системах. Этот солнечный коллектор представляет собой теплоизолированную остекленную панель, в которую помещена пластина поглотителя. Пластина поглотителя изготовлена из металла, хорошо проводящего тепло (чаще всего меди или алюминия). Чаще всего используют медь, т.к. она лучше проводит тепло и меньше подвержена коррозии, чем алюминий. Пластина поглотителя обработана специальным высокоселективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет. Это покрытие состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическое основание, и отличается высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области. Благодаря остеклению (в плоских солнечных коллекторах обычно используется матовое, пропускающее только свет, стекло с низким содержанием железа) снижаются потери тепла. Дно и боковые стенки солнечного коллектора покрывают теплоизолирующим материалом, что еще больше сокращает тепловые потери.

Вакуумный солнечный коллектор с прямой теплопередачей воде

Вакуумные трубки расположены под определенным углом и соединены с накопительным баком. Из него вода контура теплообменника течёт прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно. К преимуществам этой системы относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Термосифонные системы работают на принципе явления естественной конвекции, когда теплая вода стремится вверх. В термосифонных системах бак должен быть расположен выше коллектора. Когда вода в трубках солнечного коллектора нагревается, она становится легче и естественно поднимается в верхнюю часть бака. Более прохладная вода в баке течет вниз в трубки, таким образом, обеспечивается циркуляция во всей системе. В маленьких системах бак объединен с солнечным коллектором и не рассчитан на магистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо с подачей воды из вышерасположенной емкости, либо через уменьшающие давление редукторы. Этот вид солнечных коллекторов имеет минимальное гидравлическое сопротивление. Система обязательно должна быть безнапорной (с открытым расширительным баком), чтобы на трубки не могло действовать давление. Минусом можно считать несколько больший объем воды контура теплообменника (60-200 литров). Если трубка солнечного коллектора разобьется, происходит утечка воды. Но основным преимуществом остается низкая стоимость со всеми выгодами солнечного коллектора с вакуумными трубками.

Вакуумный солнечный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником

Такой солнечный коллектор имеет все преимущества и особенности предыдущего типа коллекторов. Отличием является наличие встроенного в бак эффективного теплообменника, что позволяет подсоединить солнечный коллектор с баком к напорной сети водоснабжения. При этом в трубках солнечного коллектора по-прежнему практически нет давления. Одним из преимуществ также является возможность заполнения водонагревательного контура незамерзающей жидкостью, что позволяет использовать его и при небольших минусовых температурах (доминус 5-10 градусов). Другим преимуществом этого типа солнечных коллекторов является то, что в них не откладываются соли жесткости и другие загрязнения, так как объем теплоносителя один и тот же, а расходуемая вода проходит только по внутреннему медному теплообменнику.

Вакуумный солнечный коллектор с термотрубками

Главным элементом солнечных коллекторов данной конструкции является термотрубка - закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Работа высокотехнологичных вакуумных трубок основана на простом принципе тепловой трубы, которая представляет собой полый медный стержень, запаянный с обоих концов с расширением в верхней части. Внутри него находиться нетоксичная жидкость (иноргатик). При нагревании жидкости до температуры кипения она закипаети в парообразном состоянии поднимается в верхнюю часть - наконечник (конденсатор), температура на котором может достигать 250-380°С. И там конденсируется, отдавая тепло. А конденсат стекает по стенкам трубки вниз и процесс повторяется. Тепловая трубка вставляется в стеклянную трубу и фиксируется между двумя алюминиевыми ребрами. Форма ребер такова, что площадь их контакта с тепловой трубкой и внутренней поверхностью вакуумной трубы максимальна. Такая модель ребер обеспечивает максимальную передачу тепла к медной тепловой трубке, а потом теплоносителю в проточном теплообменнике. Внутренняя полость тепловой трубки - вакуумирована, поэтому эта жидкость испаряется даже при температуре около 30°С. При меньшей температуре трубка «запирается» и дополнительно сохраняет тепло.

Тепло от головки термотрубки передается основанию коллектора - приемнику. Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим корпусом или корпусом из алюминиевого сплава. Передача тепла происходит через медную „гильзу приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок. При повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесьиз контура теплообменника.

Вакуумная труба состоит из двух стеклянных труб. Конструкция стеклянных вакуумных труб похожа на конструкцию термоса, одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Внешняя труба выполнена из прозрачного сверхпрочного боросиликатного стекла. Внутренняя труба также сделана из прозрачного боросиликатного стекла, покрытого специальным селективным нанопокрытием, которое обеспечивает максимальное поглощение тепла при минимальном отражении. Во избежание кондуктивных и конвективных теплопотерь из пространства между двумя трубами выкачан воздух и создан вакуум. Для поддержания вакуума между двумя стеклянными трубами используется бариевый газопоглотитель (такой же, как в телевизионных трубках). При производстве газопоглотитель подвергается воздействию высоких температур, вследствие чего нижний конец вакуумной трубы покрывается слоем чистого бария. Этот слой бария поглощает вещества, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, поддерживая таким образом состояние вакуума. Слой бария также является четким визуальным индикатором состояния вакуума. Когда вакуум исчезает, серебристый бариевый слой становится белым. Это дает возможность легко определить, исправна ли труба, внутри которой закреплена медная тепловая трубка с алюминиевыми ребрами для передачи тепла.

Основные требования к вакуумной трубе:

материал: боросиликатное стекло соответствует ISO3585: 1991;

коэффициент пропускания боросиликатного стекла: ? 0,92;

поглощаемая способность селективного абсорбирующего покрытия:

а ?0,94;

излучательная способность полусферы: ? ? 0,08;

стартовая температура: +30°С (при данной температуре тепловая трубка начинает работать);

время запуска в работу: не более 2-х минут при нормальном солнечном освещении;

морозостойкость: выдерживает -50°С;

термостойкость: нет повреждений после трех раз поочередного воздействия холодной воды до 25°С и горячей воды свыше 90°С;

сопротивление граду: выдерживает град Ø5 мм;

стандарт внешнего вида: цвет селективного абсорбирующего покрытия должен быть равномерным, покрытие не должно шелушиться или морщиться. Поддерживающие части внутри трубы должны быть правильно и прочно закреплены. Допустимоеотклонение в диаметре трубы из боросиликатного стекла должно соответствовать ISO4803: 1978;

выгиб трубы из боросиликатного стекла не должен превышать 0,3%;

поперечное сечение трубы из боросиликатного стекла, находящееся на 40-60 мм от её конца, должно быть круглым. Соотношениемежду самым коротким и самым длинным радиальными размерами стеклянной трубы не должно превышать 1,02.

Вакуумные трубки показывают превосходные результаты и в облачные дни, потому что трубы способны поглощать энергиюинфракрасных лучей, которые проходят через облака. Благодаря изоляционным свойствам вакуума воздействие ветра и низких температурна работу вакуумных труб незначительно.

2.2.2 Принцип действия солнечного коллектора

Обычно системы с плоскими солнечными коллекторами используют сезонно, с весны по осень. В зимнее время производительность систем с плоскими солнечными коллекторами падает за счет теплопотерь в окружающую среду. В круглогодичных солнечных водонагревательных установках обычно используются вакуумные солнечные коллекторы, хотя возможно использование и плоских солнечных коллекторов с хорошей теплоизоляцией. В любом случае необходимо уделять пристальное внимание теплоизоляции труб, идущих к коллектору и от него. Солнечная водонагревательная установка СВУ состоит из солнечного коллектора и теплообменника-аккумулятора. Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель (антифриз). Теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдает затем тепловую энергию воде через теплообменник, вмонтированный в бак-аккумулятор. В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до момента ее использования, поэтому он должен иметь хорошую теплоизоляцию. В первом контуре, где расположен солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя. В бак-аккумулятор может устанавливаться электрический или какой-либо другой автоматический нагреватель-дублер. В случае понижения температуры в баке-аккумуляторе ниже установленной (продолжительная пасмурная погода или малое количество часов солнечного сияния зимой) нагреватель-дублер автоматически включается и догревает воду до заданной температуры.

Солнечные установки сезонного действия с использованием солнечных коллекторов могут непосредственно нагревать воду в баке-аккумуляторе.

Существуют несколько схем для подогрева воды:

Одноконтурные, для использования сезонно или в местностях, где нет отрицательных температур в течение всего года. Вода должна быть нежесткой и чистой.

Двухконтурные, для круглогодичного использования, а также в местностях с жесткой и/или загрязненной механическими примесями водой.

Каждая из систем отопления солнечными коллекторами может иметь естественную и принудительную циркуляцию теплоносителя. Поэтому система теплоснабжения может быть:

·c пассивной циркуляцией;

·с активной циркуляцией.

В случае пассивной циркуляции теплоносителя в системе (термосифонная система) горячий теплоноситель поднимается вверх, поэтому бак-накопитель должен располагаться выше солнечного коллектора. Если такое расположение невозможно или нецелесообразно, должна применяться система с активной циркуляцией теплоносителя.

Наиболее дешевой будет одноконтурная система термосифонного типа. Наиболее дорогой будет двухконтурная система с активной циркуляцией и одним или двумя теплообменниками.

.2.3 Принципиальные схемы систем солнечного теплоснабжения

Гелиоустановки имеют следующую классификацию:

)по назначению:

·системы горячего водоснабжения;

·системы отопления;

·комбинированные установки для целей теплохладоснабжения;

)по виду используемого теплоносителя:

·жидкостные;

·воздушные;

)по продолжительности работы:

·круглогодичные;

·сезонные;

)по техническому решению схемы:

·одноконтурные;

·двухконтурные;

·многоконтурные.

Принципиальные схемы систем солнечного теплоснабжения, представлены на рисунках 2.8, 2.9, можно разделить на две основные группы: установки, работающие по разомкнутой или прямоточной схеме (рисунок 2.8); установки, работающие по замкнутой схеме (рисунок 2.9). В установках первой группы теплоноситель подается в солнечные коллекторы (рисунок 2.8 а, б) или в теплообменник гелиоконтура (рисунок 2.8 в), где он нагревается и поступает либо непосредственно к потребителю, либо в бак-аккумулятор. Если температура теплоносителя после гелиоустановки оказывается ниже заданного уровня, то теплоноситель догревается в дублирующем источнике теплоты. Рассмотренные схемы находят применение, в основном, в промышленных объектах, в системах с долговременным аккумулированием теплоты. Чтобы обеспечить постоянный температурный уровень теплоносителя на выходе из коллектора, необходимо изменять расход теплоносителя в соответствии с законом изменения интенсивности солнечной радиации в течение дня, что требует применения автоматических устройств и усложняет систему. В схемах второй группы передача теплоты от солнечных коллекторов осуществляется либо через бак-аккумулятор, либо путем непосредственного смешения теплоносителей (рисунок 2.9 а), либо через теплообменник, который может быть расположен как внутри бака (рисунок 2.9 б), так и вне его (рисунок 2.9 в). К потребителю нагретый теплоноситель поступает через бак и в случае необходимости догревается в дублирующем источнике теплоты. Установки, работающие по схемам, представленным на рисунке 2.9, могут быть одноконтурными (рисунок 2.9 а), двухконтурными (рисунок 2.9 б) или многоконтурными (рисунок 2.9 в, г).

Принципиальные схемы прямоточных систем

-солнечный коллектор; 2- аккумулятор; 3-теплообменник

Рисунок 2.8

Принципиальные схемы систем солнечного теплоснабжения

Рисунок 2.9

Применение того или иного варианта схемы зависит от характера нагрузки, типа потребителя климатических, экономических факторов и других условий. Рассмотренные на рисунке 2.9 схемы нашли в настоящее время наибольшее применение, так как отличаются сравнительной простотой, надежностью в эксплуатации.

2.2.4 Использование СК в регионах с высоким значением ГСОП

На приведенной карте распределения суммарной солнечной радиации видны регионы, имеющие относительно высокие значения, что позволяет рассматривать их с точки зрения перспектив использования солнечных тепловых коллекторов

Суммарная солнечная радиация на наклонную поверхность (угол наклона на 15 град. меньше широты, июнь-август)

Рисунок 2.10

Данная карта иллюстрирует территории с высокими значениями суммарной солнечной радиации, находящихся в относительно северных широтах (например, Сибирь, Якутия).

При современном уровне технологий сбора солнечной тепловой энергии (к которым относятся технологии вакуумных СК) появляется возможность эффективного использования данного ресурса.

Таблица 2.1

Среднемесячные температуры, °C (по данным NASA)

МоскваЕкатерин-бургНово-сибирскЯкутия(Челбу)ОмскИркутскКраснодарЯнв.-9,3-15,30-15,8-35,8-17,3-18,8-0,1Фев.-7,7-13,40-13,5-29,9-16,9-16,70Март-2,2-7,30-7,2-17,3-8,2-7,44,9Апр.5,82,602-3,13,41,411,8Май13,110,1011,86,611,89,316,8Июнь16,615,6016,914,317,71520,7Июль18,217,4019,317,119,717,523,6Авг.16,415,1016,313,516,115,123,1Сен.119,209,96,110,58,717,9Окт.5,11,302,7-7,31,70,911,4Ноя.-1,2-7,10-7,6-23,8-7,5-8,45Дек.-6,1-13,30-13,6-34-14,4-160,8Ср.51,241,9-7,71,50,111,4

Таблица 2.2

Дневная сумма солнечной радиации - горизонтальная, кВт?ч/м2/день

МоскваЕкатерин-бургНовосибирскЯкутия(Челбу)ОмскИркутскКраснодарЯнв.0,540,680,690,70,810,961,23Фев.1,311,521,371,741,811,942,05Март2,492,933,023,273,283,392,98Апр.3,524,384,084,674,314,484,19Май5,045,055,055,245,485,45,56Июнь5,565,705,485,836,195,815,85Июль5,145,305,015,365,765,126,12Авг.4,24,014,294,424,444,325,3Сен.2,572,652,932,843,023,224,06Окт.1,261,431,441,811,612,072,63Ноя.0,530,840,80,920,911,111,5Дек.0,330,480,620,440,580,71,02Ср.2,72,92,93,13,23,23,5

Таблица 2.3

Градус-сутки отопительного периода, °C?сутки

МоскваЕкатерин-бургНово-сибирскЯкутия(Челбу)ОмскИркутскКраснодарЯнв.84610081048166810941141561Фев.7208468821341977972504Март6267017811094812787406Апр.366420480630438498186Май15222019235319227037Июнь4263331119900Июль000280160Авг.50905314059900Сент.2102552433572252793Окт.400515474784505530205Нояб.5767087681254765792390Дек.747908980161210041054533Сум.4735573359349375608265182825

Сравнительная гистограмма дневных сумм солнечной радиации на горизонтальную поверхность по месяцам для Екатеринбурга и Краснодара

Э, кВт?ч/м2?день

Рисунок 2.11

Сравнительная гистограмма дневных сумм солнечной радиации на горизонтальную поверхность по месяцам для Омска и Краснодара

Э, кВт?ч/м2?день

Рисунок 2.12

Данные таблицы и графики иллюстрируют наличие сравнительно больших значений по суммам солнечной радиации для городов, находящихся в условиях низких среднемесячных температур и соответственно высоких значений ГСОП. Среднегодовые значение дневной суммы солнечной радиации для Якутии, Омска и Иркутска (3.1, 3.2, 3.2 кВтч/м2/день соответственно) сопоставимы со значениями для южных регионов, например, Краснодар (3,5 кВтч/м2/день). Таким образом, можно сделать вывод о целесообразности применения солнечной энергетики в условиях регионов с высоким значением ГСОП при условии использования современных технологий.

2.3 Тепловой насос

.3.1 Принцип действия

Тепловой насос- это термотрансформатор, преобразующий низкопотенциальную энергию окружающей среды, непригодную для использования в отопительных системах, в высокопотенциальную, которая служит для отопления помещений и нагрева воды в системе ГВС. Аналогтеплового насоса- холодильник - сегодня есть в каждом доме. В холодильной камере холодильник забирает тепло от продуктов питания, охлаждая их, и выбрасывает это тепло в окружающую среду через радиаторную решетку на задней стенке. А тепловой насос забирает тепло у окружающей среды и передает его в систему отопления[15].

Схематично тепловой насос можно представить в виде рабочего контура, состоящего из четырех основных элементов, - испарителя, компрессора, конденсатора и сбросного клапана. К рабочему контуру примыкает первичный (внешний) контур, в котором циркулирует рабочее вещество (вода, антифриз или воздух), собирающее тепло окружающей среды, и вторичный - вода в системах отопления и горячего водоснабжения здания.

Испаритель - пластинчатый теплообменник, где с одной стороны циркулирует холодный жидкий хладагент (вещество с низкой температурой кипения, обычно фреон), а с другой стороны на противотоке циркулирует рабочее вещество первичного контура.

Первичный контур - это контур с низкопотенциальной тепловой энергией (энергия, температуры которой недостаточно для непосредственного нагрева отопительного контура). В качестве источника энергии первичного контура может быть использовано тепло грунта (грунтовые зонды с антифризом), грунтовых вод (две скважины: подающая и поглощающая), наружного воздуха и т.п.

В испарителе хладагент забирает тепло первичного контура, закипает и испаряется. Соответственно понижается температура выхода первичного контура.

Компрессор всасывает газообразный хладагент, сжимает его, резко повышая таким образом его температуру. Горячий газообразный хладагент выталкивается в конденсатор.

Конденсатор - по устройству такой же теплообменник, как и испаритель, где со стороны рабочего контура циркулирует горячий хладагент, а со стороны вторичного контура - вода или антифриз.

Горячий хладагент, вступая в тепловой контакт с теплоносителем системы отопления или водой из системы горячего водоснабжения (ГВС), конденсируется, передавая свое тепло системе отопления или ГВС. При этом жидкий фреон стекает на дно конденсатора, откуда за счет перепада давлений продавливается через сбросной клапан в испаритель. Температура его при этом резко понижается. После этого рабочий цикл начинается сначала.

Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии, например, электрических, газовых или дизельных котлов, заключается в том, что при производстве тепла 75% энергии берется из окружающей среды, а остальные 25% - это электрическая энергия, необходимая для работы компрессора теплового насоса. Тепловой насос "выкачивает" солнечную энергию, накопленную за теплое время года в окружающей среде. То есть для производства 4 кВт тепловой энергии необходимо затратить всего лишь 1 кВт энергии электрической - налицо существенная экономия на оплате электроэнергии.

Соотношение вырабатываемой тепловой энергии и потребляемой электрической энергии называется коэффициентом трансформации (или КПД теплового насоса), и служит показателем эффективности его работы. Современные тепловые насосы имеют высокий коэффициент трансформации - от 2 до 7 в зависимости от используемого источника тепловой энергии и применяемой системы отопления. Чем меньше разница температур между природным источником тепловой энергии и подачей отопительного контура, тем коэффициент трансформации больше. Это фактически означает, что 60-75% потребностей здания в теплоснабжении тепловой насос обеспечивает бесплатно, и тепло обходится в среднем в 4,5 раза дешевле, чем при использовании электрических обогревателей.

2.3.2 Режимы эксплуатации

Режимы эксплуатации тепловых насосов - ТН для отопления помещений - в зависимости от типовых условий - могут эксплуатироваться самыми разнообразными способами. Выбор того или иного режима работы должен ориентироваться, прежде всего, на уже имеющиеся в здании или планируемые системы отдачи тепла и на выбранный источник тепла:

1)Моновалентный режим

О моновалентном режиме эксплуатации речь идёт тогда, когда ТН покрывает всю потребность в тепле для отопления и ГВС. Оптимальными для этого являются такие источники тепла, как грунт и грунтовые воды, так как эти источники тепла почти независимы от наружной температуры и поставляют вполне достаточно тепла даже при низких температурах.

2)Бивалентный режим

В бивалентном режиме, наряду с ТН всегда применяется второй теплогенератор, чаще всего - уже имеющийся жидкотопливный котёл. В прошлом для одно- и двухсемейных домов этот вид эксплуатации имел огромное значение, прежде всего - в сочетании с воздушно-водяным ТН. При этом основное теплоснабжение выполнялось ТН, а, начиная с наружной температуры, например, ниже 0°C, к работе подключался жидкотопливный котёл. Из экономических соображений - поскольку всегда требуется два теплогенератора - такие системы сейчас не получают широкого распространения и реализуются лишь в отдельных редких случаях.

.3.3 Типы тепловых насосов, по виду теплоносителя

По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: "воздух-воздух", "воздух-вода", "вода -воздух", "вода-вода", "ЗЕМЛЯ-воздух", "ЗЕМЛЯ-вода". Наибольшее распространение в наших широтах получило два вида тепловых насосов,а именно: "воздух-вода", "земля-вода".

Тепловые насосы воздух-вода.

Тепловые насосы "воздух-вода" используются в 2 -х схемах

(рисунок 2.14):

) забор воздуха в подвале дома;

)забор воздуха через внешние выносные сплит-модули.

Источник тепла: воздух. Тип теплового насоса: воздух/вода.

Воздух - наименее затратный источник тепла в плане освоения - имеется в неограниченном количестве, его "разработка" не требует проведения дополнительных работ. Современные тепловые насосы воздух/вода можно эксплуатировать почти круглый год (до -15ºС). При более низкой температуре окружающего воздуха установка не покрывает теплопотребность здания, и ее необходимо использовать в сочетании с другим источником тепла или электронагревательной вставкой в бойлере. В случае использования теплового насоса воздух/вода расчет параметров источника тепла задается конструкцией или размером установки. Требуемое количество воздуха подается вентилятором, встроенным в установку, на испаритель через воздушные каналы.

Воздушно-водяные тепловые насосы могут с технической точки зрения точно так же, как геотермические тепловые насосы, эксплуатироваться круглогодично. Для этого в моновалентном режиме при проектных условиях, например, при -15 ?C наружной температуры тепловой насос должен обеспечивать максимальную "греющую" мощность. Так как "греющая" мощность сильно уменьшается с падением температуры источника тепла, то это довольно часто обусловливает необходимость применения больших агрегатов и высоких инвестиционных затрат. Поэтому для работы воздушно-водяных тепловых наосов, как правило, начиная с некоторой определённой температуры наружного воздуха, подключают параллельно работающий дополнительный термоэлектрический нагреватель. В холодные дни он покрывает пиковую нагрузку. Однако из-за большой разницы температур в холодные дни и из-за низких коэффициентов мощности воздушно-водяного теплового насоса, обусловленных этой разницей температур, получаются существенно меньшие значения годовых коэффициентов эффективности в сопоставлении с геотермическими тепловыми насосами. Поэтому воздушно-водяные тепловые насосы пригодны особенно для регионов с относительно высокими наружными температурами в середине года или в уже построенных одно- и двухсемейных домах, для которых потребовались бы существенные затраты на инженерно-техническое освоение грунтового источника тепла.

Использование тепла из отработавшего воздуха помещений для эксплуатации теплового насоса возможно с помощью специального приточно-вытяжного оборудования для отработавшего воздуха. При этом главный агрегат такого оборудования следует инсталлировать по возможности на чердачном этаже здания и вытягивать воздух встроенным вентилятором из кухни, ванной комнаты и туалета. За счёт вытяжки создаётся разрежение в квартире, и наружный воздух может свободно поступать внутрь помещений сквозь специальные отверстия в наружной стене. В главном агрегате, т.е. в коллекторе для отработавшего воздуха помещений находится теплообменник, который отбирает тепловую энергию из отработавшего воздуха, прежде чем отвести его за пределы здания. Это тепло подводится через теплообменник в систему ТНУ и обусловливает непосредственное повышение коэффициента мощности теплового насоса во время эксплуатации, так как теплоноситель предварительно подогревается коллектором. При остановке теплового насоса энергия накапливается в источнике тепла и обеспечивает его регенерацию.

В таком режиме коллектор использует избыточное тепло из отработавшего воздуха помещений для поддержания контура теплового насоса.

Применение коллектора отработавшего воздуха помещений предполагает точное планирование вентиляционной установки и особую герметичность ограждающих конструкций здания. После монтажа агрегата необходимо провести тестирование дома на герметичность.

Тепловые насосы земля-вода.

Тепло из грунта можно получать по-разному. Специалисты подразделяют здесь источники тепла, использующие тепловую энергию приповерхностных слоёв грунта, и источники, использующие глубинное геотермическое тепло.

Приповерхностное тепло - это солнечное тепло, накапливаемое грунтом сезонно и используемое с помощью так называемых геотермических грунтовых коллекторов, которые укладываются горизонтально на глубине от 1,20 м до 1,50 м.

Геотермическое тепло стремится из глубины земных слоёв к поверхности и используется с помощью геотермических зондов. Зонды инсталлируются вертикально на глубину до 150 м.

Обе системы характеризуются высокой и относительно стабильной температурой в течение всего года. Это обусловливает высокие к.п.д. во время эксплуатации теплового насоса (высокий годовой коэффициент эффективности). Кроме того, эти системы работают в закрытых контурах, что обеспечивает высокую надёжность и минимальные затраты на обслуживание. В таком закрытом контуре циркулирует смесь воды и антифриза (этиленгликоля). Эту смесь называют также "рассолом".

Существуют два вида тепловых насосов "земля-вода":

. грунтовые коллекторы (Рисунок 2.15 б);

. грунтовые зонды(Рисунок 2.15 а).

Для получения земного тепла земляные зонды зарекомендовали себя в качестве надежного решения. Этот сборник особенно подходит для малых участков земли.

1)Участок «течения вперед» / обратка с перепадом от теплового насоса к земляному зонду в подушке из песка примерно на глубине в 1 метр.

)Обсадная труба при несвязном материале, длиной около 6-20 м, диаметром примерно 17 см.

)Двутаврово-трубчатый зонд (2 контура на бурильную скважину), глубина бурения в зависимости от свойств грунта согласно назначенным размерам.

)Заполнение полого пространства кварцевым песком, дамбовиком или бетонитом.

)Диаметр бурильной скважины примерно 115-220 мм.

)Минимальное расстояние до фундамента здания должно составлять 2м.

)Вентили.

)Дополнительный железный груз для установки коллектора, длиной 90 см, диаметром 8 см.

)Отклоняющая головка на заводе приваривается к трубам коллектора, длина 150 см, диаметр 10 см.

Земляной коллектор подходит особенно для домов с достаточно большой площадью участка земли. Мощность отбора тепла зависит от свойств почвы. Чем влажнее почва, тем выше эта мощность. Земляной коллектор укладывается в земле ниже уровня промерзания грунта. В климатических условиях Екатеринбурга этот уровень составляет примерно 2 метра. Весь коллектор заполняется незамерзающей жидкостью. Над коллектором в грунте можно высаживать растения, однако следует избегать посадки растений с глубокими корнями.

1)0,5 м дистанция от внешнего края кроны дерева.

)2,0 - 2,3 м глубина укладки.

)1,5 м дистанция до трубопроводов питьевой, грязной и дождевой воды.

)1,5 м дистанция до фундаментов здания.

)1,5 м дистанции до фундаментов забора и подобного.

Грунт хорошо аккумулирует солнечную энергию. Она воспринимается грунтом либо непосредственно в форме солнечной радиации, либо косвенно в форме тепла, получаемого от дождя или из воздуха. Грунт имеет свойство сохранять солнечное тепло в течение длительного времени, что ведет к относительно равномерному уровню температуры источника тепла на протяжении всего года. Также на глубинах больше 20 метров происходит поступление тепла от центра земли и каждые 100 метров температура грунта увеличивается на 3ºС, что обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с высоким КПД. Аккумулированное грунтом тепло передается вместе со смесью из воды и антифриза (рассолом), через горизонтально проложенные грунтовые теплообменники (грунтовые коллекторы) или через вертикально расположенные теплообменники (грунтовые зонды).

. Преимущества тепловых насосов "земля-вода" с грунтовыми коллекторами:

экономически выгодные затраты;

высокие годовые коэффициенты эффективности теплового насоса.

Недостатки тепловых насосов "земля-вода" с грунтовыми коллекторами:

важная роль точности укладывания, проблемы с образованием воздушных "мешков" в случае неквалифицированного укладывания;

потребность в большой технологической площади;

невозможность перестройки.

Отбор тепла из грунта производится с помощью пластиковых труб большой площади, уложенных параллельно поверхности земли, как правило, в виде нескольких контуров. При этом один контур по своей длине не должен превышать 100 м, так как иначе потребуется слишком высокая мощность качающего насоса. Отдельные контуры подключаются к распределителю, который должен находиться в самой высокой точке, чтобы обеспечить возможность развоздушивания системы трубопроводов. Временное оледенение грунта не имеет никаких негативных последствий на функционирование ТНУ и на растительное покрытие технологической площади. По возможности необходимо следить за тем, чтобы на площади, занимаемой грунтовым коллектором, не располагались растения с глубокой корневой системой. Важно также, чтобы трубы укладывались в песчаной постели для предотвращения вероятных повреждений острыми камнями. Прежде чем выполнять засыпку коллектора, обязательно рекомендуется опрессовать систему трубопроводов. Лучше всего держать трубопровод под испытательным давлением также и во время засыпки. Тогда очень легко сразу заметить вероятные повреждения. Выполнение требуемых перемещений грунта возможно без больших дополнительных затрат в особенности на новостройках. Величина отбора тепловой мощности из грунта зависит от многих факторов, прежде всего - от влажности грунта. Особенно хороший практический опыт получен при работе с влажными суглинками. Менее пригодными являются песчаные грунты.

. Преимущества теплового насоса "земля - вода" с грунтовым зондом:

надёжность;

незначительная потребность в занимаемой технологической площади;

высокие годовые коэффициенты эффективности теплового насоса.

Недостатки теплового насоса "земля - вода" с грунтовым зондом:

как правило, высокие инвестиционные затраты;

инсталляция возможна не во всех регионах.

Грунтовые зонды получили за последние годы очень широкое распространение благодаря простоте обустройства и незначительной потребности в технологической площади. Такие зонды состоят, как правило, из пучка четырёх параллельных пластиковых труб, концы которых свариваются специальными фасонными деталями и образуют так называемую ножку зонда. При этом каждые две пластиковые трубы соединяются так, что создают два независимых один от другого контура. Их называют также двойными U-образными зондами. При наличии хороших гидрогеологических условий можно реализовать высокую мощность отбора тепла. Предпосылкой для планирования и обустройства грунтовых зондов служит точная информация о характерных свойствах грунта и информация о внутригрунтовых процессах. В настоящее время уже есть целая сеть фирм, которые специализируются в области обустройства грунтовых зондов и, наряду с проектированием и инсталляцией зондов, предлагают также разрешительную документацию. Можно также обратиться за профессиональной консультацией к специалистам-геологам или в местный геологический департамент.

Тепловые насосы «вода-вода».

Тепловые насосы "вода-вода" используются в 2 -х схемах:

.Грунтовые воды;

.Открытые водоемы.

Грунтовые воды - хороший аккумулятор солнечного тепла: даже в холодные зимние дни они сохраняют постоянную положительную температуру. Для использования тепла необходимо пробурить подающую и поглощающую скважины, строго учитывая при этом направление течения подземных вод и их качество. Для работы тепловых насосов при определенных условиях могут использоваться озера и реки, т.к. они тоже выступают в роли аккумуляторов тепла.К сожалению, не везде имеется достаточное количество грунтовых вод надлежащего качества. К тому же на использование грунтовых вод должно быть получено разрешение соответствующего ведомства (обычно службы госводонадзора).

Преимущества теплового насоса "вода - вода" с использованием грунтовых вод:

экономически привлекательный источник тепла;

незначительная потребность в технологической площади.

Недостатки теплового насоса "вода - вода" с использованием грунтовых вод:

открытая система;

затраты на обслуживание;

требуется анализ грунтовых вод;

обязательное наличие разрешительной документации.

Использование грунтовых вод путём их отбора через колодезную установку и последующего возврата в водоносные слои грунта является особенно выгодным с энергетической точки зрения. Практически константная температура воды в течение всего года позволяет достичь высоких значений коэффициента мощности ТН. Особое внимание при этом необходимо уделять потребности во вспомогательной энергии, особенно электроэнергопотреблению качающего насоса. В небольших ТНУ или при значительных глубинах укладки зондов предполагаемые энергетические преимущества очень часто "съедаются" дополнительными затратами энергии качающих насосов и нередко приводят к существенному влиянию на годовой коэффициент эффективности.

Кроме того, при разработке источника тепла "грунтовые воды" следует помнить, что речь здесь идёт об открытой системе, которая зависит от качества воды, расхода воды и т.д. Поэтому решение о применении того или иного ТН для работы с грунтовыми водами необходимо особенно тщательно обдумывать и взвешивать. Прежде всего, следует проверить, есть ли в выбранной местности достаточное количество грунтовых вод на глубине максимум 20 м. Об этом можно узнать у местной администрации по управлению водными ресурсами, у городского предприятия водоснабжения или у местных бурильно-монтажных фирм по обустройству артезианских колодцев (на участке уже имеется скважина глубиной 22 м). Затем необходимо получить разрешение местной администрации по управлению водными ресурсами на отбор и возврат грунтовых вод для целей отопления. Планирование и исполнение работ по обустройству колодезной, т.е. скважинной установки должно выполняться квалифицированным бурильно-монтажным предприятием, так как непрофессиональное исполнение может привести в течение нескольких лет к существенным отложениям железо-магниевых окислов именно в поглощающем, т.е. насыщающем колодце. Для устранения такого повреждения потребуются очень значительные затраты. К тому же во время проведения ремонтно-восстановительных работ эксплуатация ТНУ невозможна, так что при наличии моновалентной ТНУ нельзя обеспечить отопление здания.

Качество грунтовых вод определяется путём специального анализа воды. При эксплуатации ТНУ тоже рекомендуется регулярно брать пробы воды на анализ, так как состав грунтовых вод может со временем изменяться.

Из-за существенных затрат грунтовые воды как источник тепла используют на маленьких объектах (в одно- и двухсемейных домах) в большинстве случаев только там, где уже собран многолетний опыт эксплуатации колодцев и где можно отказаться от регулярного отбора проб для анализа воды. Напротив, на больших объектах, например, в жилищных комплексах, офисных постройках, коммунальных зданиях, источник тепла "грунтовые воды" играет важную роль, прежде всего - в сочетании с системой охлаждения здания. Здесь соотношение прибыли и затрат, как правило, позитивное.

.3.4 Рабочий цикл

Теплонасос состоит из 4 основных агрегатов (Рисунок 2.19):

испаритель,

конденсатор,

расширительный вентиль (разряжающий вентиль- дроссель, понижает давление),

компрессор (повышает давление).

Эти агрегаты связаны замкнутым трубопроводом. В системе трубопровода циркулирует хладагент, который в одной части цикла представляет собой жидкость, а в другой - газ.

Путем регулирования давления расширительным вентилем настраивается такой поток хладагента в испаритель(1), который обеспечивает определенную расчетную температуру его кипения, вскипая, хладагент отбирает тепло, поставляемое коллектором из окружающей среды. Газ, в который превратился хладагент, всасывается в компрессор(2), где он сжимается и, нагретый, выталкивается в конденсатор. Конденсатор(3) является теплоотдающим звеном теплонасоса. Здесь тепло переходит на воду в системе отопительного контура. При этом газ охлаждается и снова сгущается в жидкость. Хладагент подвергается разряжению в расширительном вентиле(4) и возвращается в испаритель. Рабочий цикл начинается сначала.

2.3.5 Преимущества тепловых насосов

1. Экономичность. Позволяет получить на 1 кВт фактически затраченной энергии 3-6 кВт тепловой энергии или до 2,5 кВт мощности по охлаждению на выходе.

. Энергосбережение. Применение тепловых насосов - это сбережение невозобновляемых энергоресурсов. Теплонасос производит тепло, черпая возобновляемую низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды, не используя традиционные энергоносители.

. Экологичность. Экологически чистый метод отопления и кондиционирования, как для окружающей среды, так и для людей находящихся в помещении.

. Безопасность. Нет открытого пламени, нет выхлопа, нет сажи, нет запаха солярки, исключена утечка газа, разлив мазута. Нет пожароопасных хранилищ для угля, дров, мазута, или солярки.

. Надежность. Минимум подвижных частей с высоким ресурсом работы. Независимость от поставки топочного материала и его качества. Защита от перебоев электроэнергии. Практически не требует обслуживания. Срок службы составляет 15-25 лет.

. Комфорт. Тепловой насос работает бесшумно (не громче холодильника), а погодозависимая автоматика и мультизональный контроль создают желаемый микроклимат в помещениях. Использование в летний период в качестве кондиционера.

. Универсальность. Использует (утилизирует) рассеянное тепло естественного (тепловая энергия воды, воздуха, почвы) или техногенного происхождения (тепло промышленных и сточных вод, вентиляционных труб и дымовых газов, технологических процессов и т.д.). Совместим с любой циркуляционной системой отопления и вентиляции. Современный дизайн позволяет устанавливать в любых помещениях. Широкий диапазон мощностей.

2.3.6 Основные характеристики бытовых тепловых насосов для автономных систем теплоснабжения

В качестве основного показателя эффективности теплового насоса используется коэффициент преобразования (CoefficientofPerformance) [15]:

СОР=QT/N(1)

где QT - тепловая энергия, передаваемая отопительному контуру,- затраченная электроэнергия.

Чем выше СОР, тем эффективнее тепловой насос. Коэффициент преобразования зависит от:

разности температур ИНТ и ПВТ (чем она выше, тем ниже СОР),

термодинамических свойств хладагента,

особенностей термодинамического цикла,

технического совершенства конструкции теплового насоса.

В зависимости от этих факторов значения СОР колеблются от 2 до 7.

3. Проект энергообеспечения энергоэффективного дома

В данном дипломной работеразработанпроекта жилого дома площадью 108,5м2 в пригороде города Екатеринбурга.

Главным направлением в возведении жилых домов является крупноэлементное домостроение, но данный проект предполагает точечную застройку с независимым теплоснабжением. Вместе с тем - использование местных энергоэффективных строительных материалов, а также мелкоразмерных изделий, что особенно актуально для сельской местности, отдаленных районов.

Повсеместное распространение получили здания из кирпича и керамических камней. В ряде районов России широко применяются для строительства камни из легковесных естественных пород (туф, ракушечник, известняк и др.). На обширных лесных территориях страны в большом количестве возводят деревянные дома. Массовое использование находят такие строительные материалы местного производства как шлаки, керамзит, гипс, фибролит, минеральная вата, различные легкие и мелкоразмерные изделия из них и др.

Дипломный проект выполнен по заданию, которое содержит схему дома с перечнем помещений, а также исходные климатические данные.

Разработка дипломного проекта велась в соответствии с указаниями нормативно-конструктивных документов по строительному проектированию и требованиями унификации объемно-планировочных параметров изделий и санитарно-технического оборудования на основе единой модульной системы, экономии расходования строительных материалов, техники безопасности и противопожарных мероприятий.

3.1 Исходные данные

Данные проекта.

Место расположения - Свердловская область, поселок Ключевск.

Жилой дом площадью 108,5 м2

.Жилые комнаты 37,3 м2; 2.Кухня-столовая 43,0 м2; 3.Санитарный узел 9,6 м2; 4.Прихожая 6,5 м2; 5. Котельная 3,5 м2; 6.Тамбур2,0 м2

Климатические показатели.

Город Екатеринбург находится в зоне умеренно континентального климата с характерной резкой изменчивостью погодных условий, хорошо выраженными сезонами года:

·средняя температура января - ?14 ºC;

·средняя температура июля - +19 ºC;

·среднегодовая температура - +2,6 °C;

·среднегодовая скорость ветра - 3,2 м/с;

·среднегодовая влажность воздуха - 71 %;

·среднегодовое количество осадков - 498 мм;

В таблице 3.1 приведены распределение температур воздуха, усредненного солнечного облучения на горизонтальную поверхность и температур грунта.

теплоизоляционный здание солнечный коллектор

Таблица 3.1

Распределение характеристик по месяцам

месяцЯнварьфевральмартапрельмайиюньиюльавгустсентябрьоктябрьНоябрьдекабрьРаспределение температур.0С-15,30-13,40-7,302,6010,1015,6017,4015,109,201,30-7,10-13,30Ежемесячное усредненное облучение солнцем на горизонтальную поверхность.кВт*ч/м2/день0,681,522,934,385,055,705,954,012,651,430,840,48Средние температуры грунта на глубине 1,6 м и 3,2 м.0С, 1,6 м2,62,01,62,14,98,110,912,611,59,06,13,80С, 3,2 м4,63,52,62,64,97,79,910,110,08,05,74,8

Климатологическая характеристика здания.

Настоящие нормы строительной теплотехники должны соблюдаться при проектировании ограждающей конструкций новых и реконструируемых зданий и сооружений различного назначения с нормируемыми температурой или температурой и относительной влажностью внутреннего воздуха. При проектировании зданий и сооружений следует предусматривать защиту внутренней и наружной поверхностей стен от воздействия влаги и атмосферных осадков с учетом материала стен, условий их эксплуатации и требований нормативных документов по проектированию отдельных видов зданий, сооружений и строительных конструкций. Гидроизоляцию стен от увлажнения грунтовой влагой следует предусматривать:

горизонтальную - в стенах выше отмостки здания или сооружения, а также ниже уровня пола цокольного или подвального этажа;

вертикальную - подземной части стен с учетом гидрогеологических условий и назначения помещений

Таблица 3.2

Климатологическая характеристика

Климатический районКлиматически подрайонСреднемесячная температура воздуха в январе, °ССредняя скорость ветра за три зимних месяца, м/сСреднемесячная температура воздуха в июле, °ССреднемесячная относительная влажность воздуха в июле, %IIВОт-11 до-18-От +12 до +21-

Относительная влажность:

наиболее холодного месяца:84%

наиболее жаркого месяца: 56%

Капитальность здания.степень огнестойкостистепень долговечностикласс капитальности

В таблице 3.3 приведены требуемые значения температур и влажности воздуха внутри помещений жилого дома, а также значения кратности воздухообмена для данных помещений.

Таблица 3.3

Температурно-влажностный режим помещений:

Наименование помещенийТемпература внутреннего воздуха, ºСОтносительная влажностьКратность воздухообменаЖилая комната2055%2Кухня1855%3Сан/узел/ ванная2575%3Коридор1855%1

.2 Объемно-планировочное решение и конструктивная система здания

Конструктивная система здания.

Конструктивная система здания предусматривает совокупность вертикальных и горизонтальных элементов, обеспечивающих прочность и устойчивость. На несущую стену опирается балка перекрытия. Кроме собственного веса стена выдерживает балку перекрытия вместе с легкобетонными плитами.

Требования к объемно-планировочным решениям.

Жилой дом следует проектировать исходя из условия заселения. В домах следует предусматривать жилые комнаты и подсобные помещения: кухню, переднюю, ванную или душевую, уборную, кладовую (или хозяйственные встроенные шкафы). Допускается устройство помещения для хозяйственных работ, холодной кладовой (или шкафов), вентилируемого сушильного шкафа для верхней одежды и обуви.

Площадь гостиной, совмещенной с кухней-столовой, 43 м2 . Площадь спальной жилой комнаты допускается не менее 7 м2, в этом проекте это 16,5 м2. В жилых домах допускается устройство совмещенных санузлов. Двери уборной, ванной и совмещенного санузла должны открываться наружу.

3.3 Характеристики наружных ограждающих конструкций

Расчет толщины теплоизоляции наружных стен по нормам сопротивления теплопередаче.

В таблице 3.4. приведены выбранные строительные материалы стен, а так же их коэффициент теплопроводности.

Таблица 3.4

Выбранные материалы стен.

Наименование слояКоэффициент теплопроводности ?, Вт/мКТолщина слоя,мКерамический (красный) пустотный кирпич <#"justify">Условия эксплуатации - Б

В соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»[12] сопротивление теплопередаче наружной стены Rстен следует принимать не менее нормируемых значений Rreq, определяемых по табл.4 в этом СНиПе в зависимости от градусо-суток отопительного периода района строительства ГСОП = 5830 (расчет приведен в п. 4.1.)

req= aDd+ b,(3.1)

гдеa= 0,00035, b=1,4req=0,00035·5830+1,4=3,4405

, (3.2)

где ?вн= 8,7; ?н=23;

Таким образом, сопротивление теплопередаче стен

5,20

Расчет толщины теплоизоляции чердачного перекрытия по нормам сопротивления теплопередаче.

В таблице 3.5. приведены выбранные строительные материалы чердачного перекрытия, а так же их коэффициент теплопроводности.

Таблица 3.5

Выбранные материалы перекрытия.

Наименование слояКоэффициент теплопроводности ??, Вт/мКТолщина слоя,мГипсокартон0,150,012Деревянные перекрытия0,120,15Пенополистерол0,0310,15

ГСОП = 5830

req= aDd+ b,

гдеa= 0,00045; b=1,9req=0,00045·5830+1,9=4,5235

, (3.3)

Таким образом.сопротивление теплопередаче чердака

3.4 Конструктивные элементы здания

Фундамент ленточный бутовый.

Екатеринбург находится на территории с глубиной промерзания грунта 1м 57 см. Под всем фундаментом необходимо насыпать керамзитовую подушку толщиной 150 мм. Ширину фундамента выбираем в зависимости от толщины стены кратно 100 мм.

Для данного случая ширину фундамента по наружным стенам принимаем - 600 мм, ширину фундамента в средней части здания принимаем 600 мм.(несущая стена, толщиной 520 мм).

Стены.

Наружные стены выполнены из газобетонного блок <#"27" src="doc_zip10.jpg" />, Вт, с округлением до 10 Вт для помещений по формле:

(4.3)

где А - расчетная площадь ограждающей конструкции (каждой из стен, пола, потолка, окон, дверей), м2;- сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2×0С/ Вт.

Таблица 4.1

Требуемые значения теплопередачи конструкции.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Rтро, м2, °С/ВтЗданияи помещенияГСОП,°С·сутстенпокрытий и перекры-тийнадпроездамиперекрытий черд. над холодными подпольями иподваламиокон ибалкон-ных дверейФона-рей Жилые, лечебно-проф. и детские учрежд. школы, интернаты2000 4000 6000 8000 10000 120002,1 2,8 3,5 4,2 4,9 5,63,2 4,2 5,2 6,2 7,2 8,22,8 3,7 4,6 5,5 6,4 7,30,30 0,45 0,60 0,70 0,75 0,800,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55Обществ., кроме указанных выше, адм. и бытовые, за искл.помещ. свлажным илимокрым режимом2000 4000 6000 8000 10000 120001,6 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,42,0 2,7 3,4 4,1 4,8 5,50,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,800,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Для определения R необходимо рассчитать градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) по формуле

ГСОП = (Tр - Text) zот.пер. , (4.4)

ГСОП= (20-(-7,5))·212=5830

где Tp =200С - расчетная температура воздуха,0С, в помещении;ext = -7,50С - средняя расчетная температура наружного воздуха для отопительного периода, т.е. средняя температура, °С, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной +8 °;м - средняя расчетная температура наружного воздуха для каждого месяца ;

Таблица 4.2

МесяцянварьфевральмартапрельмайиюньиюльавгустсентябрьоктябрьноябрьдекабрьTм , 0С-15,3-13,4-7,32,610,115,617,45,19,2-1,3-7,1-13,3от.пер. = 31+28+31+30+31+30+31=212 - продолжительность отопительного периода, сут.- коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по СНиП II-3-79 [19]

Таблица 4.3

Ограждающие конструкцииКоэффициент n1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне12. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне0,93. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах0,754. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли0,65. Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли0,4

b - добавочные потери теплоты в долях от основных потерь.

Добавочные потери теплоты b через ограждающие конструкции следует принимать в долях от основных потерь:

а) в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные (вертикальные проекции) стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток, и северо-запад в размере 0,1, на юго-восток и запад - в размере 0,05; в угловых помещения дополнительно - по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток, и северо-запад и 0,1 - в других случаях;

б) в помещениях, разрабатываемых для типового проектирования, через стены, двери и окна, обращенные на любую из сторон света, в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 для угловых помещений (кроме жилых), а во всех жилых помещениях - 0,13;

в) через необогреваемые полы первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха минус 40 0С и ниже - в размере 0,05;

г) через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты в размере:

,2Н - для тройных дверей с двумя тамбурами между ними;

,27Н - для двойных дверей с тамбурами между ними;

,34Н - для двойных дверей без тамбура;

,22Н - для одинарных дверей;

д) через наружные ворота, не оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами, - в размере 3 при отсутствии тамбура и в размере 1 - при наличии тамбура у ворот.

Примечание. Для летних и запасных наружных дверей и ворот добавочные потери теплоты по подпунктам «г» и «д» не следует учитывать.

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.4.

Таблица 4.4

Итоговая таблица теплопотребления

МесяцЧисло дней в месяцеqтр, Втqв, Вт, Вт, Вт, ГДж1234567Январь31304918734922232,80,624Февраль28288717724659232,80,563Март31235814483806232,80,624Апрель3015039242427232,80,603Май31---232,80,624Июнь30---232,80,603Июль31---232,80,624Август31---232,80,624Сентябрь30---232,80,603Октябрь3116159922607232,80,624Ноябрь30234114383779232,80,603Декабрь31287617674643232,80,624

4.2 Общие трансмиссионные теплопотери

Общие трансмиссионные потери теплоты , Вт, равны сумме трансмиссионных потерь через отдельные ограждающие конструкции:

(4.5)

Результаты расчетов для каждого месяца года занесены в таблицу 4 .4(столбец 3).

Ограждающие конструкции можно разделить на:

Стены + окна + двери

Окна

Двери

Стены

Перекрытия с подвалом

Перекрытия с чердаком

Тогда площади можно рассчитать:

Асум=P·h(4.6)

где P - периметр, а h - высота потолков.

Асум=P·h = (8,6+7+1,2+7,2+3+1+3,1+1+1,3+4+1,3+6,2+1,3+4)·3 = =50,2·

=150,6м2

Аокн= 2·(1,3·2,5)+3·(1·1,7)+(0,4·1,7)+4·(0,8·1,7)+4(1,2·1,7) = =16,2+1,2= 25,88 м2

Адв= (1,0·2,2)+(0,8·2,2)=3,96 м2

Астен = 150,6-25,88-3,96=120,76 м2

Апод= 1,2·7+3·14,2+3,1·15,2+1,3·8=108,5 м2

Ачердак = 108,5 м2

Трансмиссионные тепловые потери по месяцам:

Январь

804+232+943+535+535 = 3049 Вт

Февраль

761+220+892+507+507=2887 Вт

Март

622+179+729+414+414=2358 Вт

Апрель

396+114+465+264+264=1503 Вт

Май

226+65+264+150+150=855 Вт

Июнь

=380 Вт

Июль

59+17+69+39+39=223 Вт

Август

112+32+131+74+74=423 Вт

Сентябрь

246+71+288+164+164=933 Вт

Октябрь

425+123+499+284+284=1615 Вт

Ноябрь

Вт

Декабрь

758+219+889+505+505=2876 Вт

Определение расхода теплоты на подогрев вентиляционного воздуха.

(Извлечения из СНиП 2.04.05-91 приложение 10 «Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений»[13])

Рассчитать расход теплоты qв, Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, для каждого месяца отопительного периода, можно по формуле

(4.7)

где Ln - расход удаляемого воздуха, м3/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом, для жилых зданий - удельный нормативный расход 3 м3/ч на 1 м2 жилых помещений;n=3 м3/ч·57,3 =171,9 м3/ч

с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг×°С);

=1,225 кг/м3 - плотность воздуха в помещении;- коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен и окон с тройными переплетами, 0,8 - для окон и балконных дверей с раздельными переплетами и 1,0 - для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплетами и открытых проемов.

Результаты расчетов занесены в таблицу 4.4 (столбец 4).

Рассчитываем суммарную энергию, которую необходимо затратить для покрытия отопительной нагрузки в течение месяца, по формуле

,(4.8)

где - продолжительность месяца, с. Результаты расчетов занесены в таблицу 4.4 (столбец 5).

Определение затрат теплоты на горячее водоснабжение.

Среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение qГВ.СР, Вт, с коэффициентом запаса 1,2 на остывание воды, для каждого месяца года определяется по формуле:

(4.9)

где с - удельная массовая теплоемкость воды, равная 4187 Дж/(кг×0С);

а - расход воды на горячее водоснабжение при температуре 55 0С на 1 чел. всут, л;- число проживающих в доме.

Энергия, необходимая для обеспечения горячего водоснабжения в течение месяца, рассчитывается по формуле

(4.10)

Результаты расчетов занесены в таблицу 4.4 (столбцы 6,7).

5. Расчет параметров солнечного коллектора

Существует ряд причин обращения человека к помощи солнечных коллекторов:

. На участке отсутствует подвод природного газа. Сразу сужаются рамки способов обогрева дома. Первый (самый простой) - установка электрического котла и полный обогрев электричеством. Второй способ - это монтаж системы теплового насоса. И третий - установка системы солнечного коллектора.

. Потребитель имеет желание уменьшить расход газа.

. У потребителя нет газа, и наличествует минимальная мощность электрических сетей.

Второй вопрос, возникающий после просчета системы солнечного коллектора - это когда эта система окупится.

Чтобы правильно ответить на этот вопрос надо изначально понимать, какой вопрос целесообразно закрывать солнечным теплом, а какой нет.

Целесообразность определяется степенью окупаемости системы. В большинстве случаев, если на коттедже, где планируется установка коллекторов, присутствует подключение к трубопроводу природного газа, то целесообразность в отоплении дома солнечными батареями очень мала. Тогда коллекторы можно использовать как источник, дающий первоначальный нагрев какому-то объему воды, которая в дальнейшем догревается газовым котлом до нужной температуры. В данном случае, этот вариант оптимален, если есть постоянно отбираемый объем воды (большой дом с большим количеством точек водоотбора, бассейн, теплый пол). Но в проектируемом доме, отсутствует подключение к трубопроводу природного газа.

При оценке стоимости системы следует учитывать, что при монтаже системы солнечных коллекторов для получения теплой воды дополнительные траты идут только на массив коллекторов и их установку, а также управляющий контроллер и ряд клапанов и кранов. Остальная часть оборудования в любом случае монтировалась бы в данную систему.

5.1 Определение цели

. Проектируется новая система солнечных коллекторов.

. Потребителем тепла является горячее водоснабжение.

. Место для расположения массива коллекторов - двускатная крыша.

Основными критериями, при которых было решено ставить солнечные коллекторы, явилось следующее:

. происходит ежедневный расход горячей воды с температурой 40-450С от 200 литров и выше;

. дом используется круглогодично, на территории отсутствует газовые магистрали.

.2 Расчет параметров вакуумного солнечного коллектора с термотрубками

Определение площади солнечных коллекторов.

Основная задача определение площади солнечного коллектора сводится к определению количества тепла необходимого для системы. Когда будет получена цифра, определяющая необходимое тепло, можно приступать к расчету количества трубок вакуумного солнечного коллектора. Данную задачу решаем на базе тепла, которое необходимо для системы горячего водоснабжения.

Подсчет количества тепла необходимого для обеспечения семьи из 2 человек горячей водой.

Определение, на сколько градусов должна повыситься температура воды и ее объем. Семья - 2 человека.

По эмпирическим данным на среднего человека расходуется в день 50 литров воды. Суммарный объем емкостного нагревателя надо рассчитывать из расчета 1,5…2 суточной потребности.

Соответственно,тр(50·2)·1,5=150 л

Средняя температура входящей воды tвх= 5°С. Она должна быть нагрета до tкон=40°С

?t=40-5=35°С.

Определяем количество энергии необходимой для нагревания этого количества воды.

Учитываем, что для нагрева одного литра воды на один градус надо затратить энергию равную 1 ккал.необх=150 л·35°C = 5250 ккал.

Для перевода данной энергии в кВт·ч воспользуемся следующей формулойнеобх/859,8=5250/859,8=6,105 кВт·ч (1 кВт·ч = 859,8 ккал)

Определяем количество энергии, которая может поглощаться и преобразовываться в тепло солнечными коллекторами.

Количество энергии, поглощаемой солнечным коллектором, зависит от усредненного облучения солнцем, значения которых, приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Облучение солнцем.

Ежемесячное усредненное облучение солнцем на горизонтальную поверхность.кВт·ч/м2/день0,681,522,934,385,055,705,954,012,651,430,840,48

Солнечный коллектор способен поглощать до 80% энергии солнца.

Значение передачи поглощенной энергии вакуумными трубками равно1=0,68· 0,8 = 0,544 кВт·ч/день2=1,52· 0,8 = 1,216 кВт·ч/день3=2,93· 0,8 = 2,344 кВт·ч/день4=4,38· 0,8 = 3,504 кВт·ч/день5=5,05· 0,8 = 4,04 кВт·ч/день6=5,70· 0,8 = 4,56 кВт·ч/день7=5.95 · 0,8 = 4,76 кВт·ч/день8=4,01· 0,8 = 3,208 кВт·ч/день9=2,65· 0,8 = 2,12 кВт·ч/день10=1,43· 0,8 = 1,144 кВт·ч/день11=0,84· 0,8 = 0,672 кВт·ч/день12=0,48· 0,8 = 0,384 кВт·ч/день

площади поглощения коллектора для данного месяца.

Площадь поглощения вакуумной трубки диаметром 58 и длиной 1800 мм составляет 0,08 м2

Соответственно одна трубка способна получать и передавать солнечное тепло в размере1=P1·0,08= 0,544·0,08=0,0435 кВт·ч2=P2·0,08= 1,216·0,08=0,0973 кВт·ч3=P3·0,08= 2,344·0,08=0,188 кВт·ч4=P4·0,08= 3,504·0,08=0,280 кВт·ч5=P5·0,08= 4,04·0,08=0,323 кВт·ч6=P6·0,08= 4,56·0,08= 0,365 кВт·ч7=P7·0,08= 4,76·0,08=0,381 кВт·ч8=P8·0,08= 3,208·0,08=0,257 кВт·ч9=P9·0,08= 2,12·0,08= 0,17кВт·ч10=P10·0,08= 1,144·0,08= 0,092 кВт·ч11=P11·0,08= 0,672·0,08= 0,054 кВт·ч12=P12·0,08= 0,384·0,08=0,031кВт·ч

Определяем необходимое число трубок.

Используя значение, вычисленное выше, определяем количество трубок, которое надо установить.

Энергия, которую необходимо затратить на нагрев нужного количества воды составляет Qнеобх=6,105 кВт·ч.

Энергия, которую может передать одна вакуумная трубка, в зависимости от месяца, составляет Si кВт·ч, тогда1=6,105/0,0435=1402=6,105/0,0973=633=6,105/0,188=334=6,105/0,280=225=6,105/0,323=196=6,105/0,365=177=6,105/0,381=168=6,105/0,257=249=6,105/0,17=3510=6,105/0,092=6711=6,105/0,054=11312=6,105/0,031=197

Подсчитав, количество трубок в составе коллекторов, мы видим, что в зависимости от месяца использования для приготовления нужного количества воды, количество трубок существенно отличается. В данном случае вариант - чем больше, тем лучше, не подходит. Зимой мы получим необходимое количество тепла, но летом столкнемся с очень существенной проблемой - утилизацией избыточного тепла. Солнце невозможно выключить или включить, поэтому оно будет постоянно нагревать воду в вашем баке. В конечном итоге вода в баке-аккумуляторе закипит, а это может привести к выходу из строя оборудования. Можно осуществить сброс горячей воды в канализацию и набор в бак холодной воды для дальнейшего нагрева, но такое использование солнечных коллекторов не целесообразно.

Применение солнечных коллекторов направлено, прежде всего, на экономию денег и экономию природных ресурсов. Поэтому необходимо использовать то количество солнечных коллекторов, которое экономически целесообразно.

В данном случае, ставилась задача обеспечить горячей водой семью из 2 человек. Правильным решением будет считаться подбор количества трубок коллектора в зависимости от месяца, в котором максимальная солнечная эффективность. То есть для семьи из двух человек в пригороде Екатеринбурга необходим бак-накопитель на 200 литров и солнечный коллектор на 35 трубок.

Таким образом, солнечный коллектор, работает в неотапливаемый сезон, следовательно, пропадает необходимость в установке дорогостоящего вакуумного коллектора с термотрубками. Изначальный выбор вакуумного коллектора с термотрубками был обусловлен климатическими условиями и эффективностью работы в целом. Теперь, когда установка не работает в холодный (снежный) период, целесообразно устанавливать плоский солнечный коллектор.

5.3 Расчет системы солнечного теплоснабжения и доли тепловой нагрузки обеспечиваемой за счет солнечной энергии

На графике 5.1 представлена характеристика плоского солнечного коллектора без селективного покрытия, с одним слоем прозрачной изоляции, выбранного для установки в жилом загородном доме.

Характеристика плоского солнечного коллектора без селективного покрытия с одним слоем прозрачной изоляции

В таблице 5.2 представлены климатологические характеристики города Екатеринбурга, использующиеся в дальнейших расчетах.

Таблица5.2

Климатологические характеристики

МесяцСредняя месячная температура воздуха, °ССумма прямой солнечной радиация на нормальную к лучу поверхность Iм за сутки, МДж/м2Сумма рассеянной солнечной радиации ID за сутки, МДж/м2Январь-15,3011,22,2Февраль-13,4016,43,1Март-7,3018,64,4Апрель2,6020,66,5Май10,1024,57,8Июнь15,6027,410,2Июль17,4028,910,3Август15,1028,08,7Сентябрь9,2021,86,2Октябрь1,3015,94,1Ноябрь-7,1012,73,0Декабрь-13,3011,41,9

На следующем графике (5.2) представлена зависимость прихода солнечной радиации от месяца. Из графика видно, что решение о применении солнечных коллекторов в течении мая-сентября, наиболее рационально.

Зависимость прихода солнечной радиации от месяца

Рисунок 5.2

Поправочный коэффициент, учитывающий влияние промежуточного теплообменника.

Поправочный коэффициент рассчитывается по формуле:

(5.1)

где =1 - площадь солнечного коллектора, м2;

= 0,015 - массовый расход антифриза в контуре коллектора, кг/(м2с);

=3350- теплоемкость раствора антифриза,Дж/(кг °С);

= 0,7- эффективность теплообменника;RUL =tg(угла наклона характеристики коллектора) = 0,78/0,12 = 6,5

Отношение месячных тепловых потерь коллектора к полной месячной тепловой нагрузке.

Отношение месячных тепловых потерь к полной месячной тепловой нагрузке, зависит от средней температуры месяца и расхода воды (формула 5.2).

Расчет произведен для требуемых, неотапливаемых месяцев. Результаты занесены в таблицу 5.4.

Рассмотрим расчет для данных одного месяца (мая):

(5.2)

Отношение количества энергии, поглощаемой пластиной коллектора к полной месячной тепловой нагрузке

Угол солнечного склонения рассчитывается по формуле (5.3), приведенной ниже.

Пример расчета угла солнечного склонения в мае месяце:

(5.3)

где - порядковый номер дня года, отсчитываемый с 1 января

Часовой угол движения солнца в мае месяце:

(5.4)

где - фактическое местное декретное;

- декретный солнечный полдень данного часового пояса;

- фактическая долгота точки;

- средняя долгота данного часового пояса.

Прямая солнечная радиация рассчитывается по формуле:

(5.5)

Значение прямой солнечной радиации в мае:

где - интенсивность прямой составляющей солнечной радиации на нормально ориентированную поверхность;

- угол падения на наклонную поверхность;

- широта местности;

- угол наклона солнечного коллектора к горизонту, принимается равным широте местности;

- угол склонения

Рассеянная солнечная радиация рассчитывается по формуле:

,(5.6)

Значение рассеянной солнечной радиации в мае:

где - рассеянная радиация.

Среднемесячный дневной приход солнечной радиации на наклонную поверхность (на примере данных мая месяца):

(5.7)

Данные расчетов сведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3

Расчет интенсивности солнечного излучения

МесяцIмID,n?ttcc?,°IS, IDIМай24,57,813518,81214-3020,096,0326,12Июнь27,410,216623,31214-3021,797,8929,68Июль28,910,319621,51214-3023,297,9731,25Август288,722713,91214-3023,546,7330,27Сентябрь21,86,22582,31214-3018,864,8023,66

Зависимость прихода солнечной радиации от месяца.

Отношение количества энергии, поглощаемой пластиной коллектора, к полной месячной тепловой нагрузке рассчитывается по следующей формуле:

(5.8)

Значение в мае:

где = 0,78 - по графику зависимости ;

= 0,96 для всех месяцев отопительного сезона для коллектора с одинарным остеклением;

- число дней в месяце.

Доля месячной нагрузки, обеспечиваемой за счет солнечной энергии.

Рассмотрим расчет доли месячной нагрузки на примере мая месяца:

(5.9)

где значения X и Y принимаются из расчета, что площадь солнечного коллектора 3м2.

Месячное количество тепла, обеспечиваемого солнечной энергией.

Пример для коллектора площадью 3 м2

Итоговая таблица 5.4. отражает отношение месячных тепловых потерь солнечного коллектора и количества энергии, поглощаемой пластиной коллектора к полной месячной тепловой нагрузке, при площади плоского солнечного коллектора без селективного покрытия с одним слоем прозрачной изоляции 3м2.

Таблица 5.4.

МесяцX/AY/AПлощадь коллектора, 3 м2XYfQГВС, ГДжМай2,430,947,282,821,060,624Июнь2,281,106,843,311,140,603Июль2,231,136,693,381,150,624Август2,291,096,883,271,130,624Сентябрь2,450,887,362,641,020,603Сумма3,078Доля годовой нагрузки, обеспечиваемой за счет солнечной энергии110,28

Таким образом, можно сделать вывод, что плоский солнечный коллектор, площадью 3 м2, полностью обеспечит семью из 2-х человек в летний период горячей водой.

6. Расчет системы теплоснабжения с помощью теплового насоса

.1 Расчета теплого пола

Средняя температура пола нормируется СП 60.13330.2012 "Отопление, Вентиляция и Кондиционирование"[20] пункт 6.4.8: « Среднюю температуру поверхности строительных конструкций со встроенными нагревательными элементами в расчетных условиях следует принимать не выше, °С:70 - для стен; 26 - для полов помещений с постоянным пребыванием людей; 23 - для полов детских учреждений согласно СП 118.13330 [21]; 31 - для полов помещений с временным пребыванием людей, а также для обходных дорожек, скамей крытых плавательных бассейнов».

Исходные данные, необходимые для расчета теплого пола представлены в таблице 6.1. Термические сопротивления слоев пола, представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.1

Исходные данные:

Наименование характеристикиОбознач.Ед.изм.ЗначениеТемпература теплоносителя в подающем трубопроводеtпоС37,5Температура теплоносителя в обратном трубопроводеtооС32,5Температура воздуха в рассчитываемом помещенииtвоС20Температура в нижележащем помещенииtнизоС18Внутренний диаметр труб теплого полаDвм0,013Наружный диаметр труб теплого полаDнм0,016Коэффициент теплопроводности материала труб?трВт/м К0,35Коэффициент теплоотдачи нижележащей горизонтальной поверхности?нВт/м2 K8,7Коэффициент внутренней теплоотдачи (передача тепла от теплоносителя к внутренней поверхности труб)?внВт/м2 K400Коэффициент теплоотдачи пола?пВт/м2 K12

Таблица 6.2

Термические сопротивления

Наименование материала слояТолщина,м?Вт/м КR, м2К/ВтСлои над трубамиЦементно-песчаная стяжка0,0350,930,038Подложка под ламинат0,0020,0300,067Ламинат0,0150,180,083Термическое сопротивление слоев над трубами,Rв 0,19 м2 К/ВтСлои под трубамиЦементно-песчаная стяжка0,0250,930,027Пеноплекс 350,0300,0320,94Плита железобетонная0,22,040,098Термическое сопротивление слоев под трубами, Rн1,06 м2 К/Вт

.Средняя температура теплоносителя tср:

(6.1)

0С

2.Приведенное термическое сопротивление над трубами Rвв:

(6.2)

3.Приведенное термическое сопротивление под трубами Rнн:

(6.3)

.Угол между поверхностью пола и линией максимального термического сопротивления (вверх), градусы:

(6.4)

где В - шаг укладки труб, см (задаемся шагом 0,10/0,15/0,20/0,25 м);

?- суммарная толщина слоев над трубами, м;

Принимаем шаг укладки В=0,15 м

5.Максимальное термическое сопротивление слоев труб над трубой Rвmax:

(6.5)

.Отношение тепловых потоков «низ/верх»:

,(6.6)

.Приведенное термическое сопротивление стенок трубы Rтр,:

(6.7)

8.Тепловой поток по направлению вверх qв:

(6.8)

9.Тепловой поток по направлению вниз qн:

(6.9)

Вт/м2

10.Суммарный удельный тепловой поток qa:

(6.10)

11.Суммарный тепловой поток на погонный метр теплого пола ql:

(6.11)

12.Максимальная температура пола tпmax:

(6.12)

0C

.Минимальная температура пола tпmin:

(6.13)

=22,507 0С

.Средняя температура пола tпср:

(6.14)

0С

Данная температура меньше нормируемой, а именно для зон с постоянным пребыванием людей температура пола не должна быть выше 26 оС (по 6.4.8 СП 60.13330.2012) В результате расчета, был подобран шаг труб водяного теплого пола, вычислены при этом шаге теплоотдача теплого пола и средняя температура поверхности пола.

6.2 Выбор теплового насоса

При моновалентном режиме работы тепловой насос используют в качестве единственного источника тепла, обеспечивающего все теплопотребление здания.

Был выбиран тепловой насос фирмы NIBE модель F1145-6.грунтовой тепловой насос для отопления одно- и малоквартирных жилых домов, небольших офисных и промышленных зданий. Основными источником тепла является тепло окружающей земли или воды.

Эта модель не только более эффективна, чем предыдущие поколения теплонасосов, но также сделана более удобной для использования.

Новый, интуитивно понятный цветной дисплей, делает управление теплонасоса простым.

Датчики тока, входящие в поставку, защищают электросеть от перегрузок, при недостатке электроэнергии ограничивают потребление тока тепловым насосом.

Тепловой насос продолжает эффективно работать при температуре во внешнем грунтовом горизонтальном коллекторе или скважине до минус десяти °С. Такие низкие, по сравнению с другими теплонасосами, температуры теплоносителя в грунте позволяют уменьшать размеры, и стоимость, земляных работ.

Уникальная интуитивно-понятная панель управления дает полный контроль над системой отопления.

Встроенный электрокотел дает возможность использования:

·автоматической санитарной обработки системы горячего водоснабжения от бактерий легионелла;

·в качестве бивалентного источника тепла в особо холодные дни года;

·как аварийная система отопления .

Максимальная температура теплоносителя поступающего из теплового насоса в систему отопления возможна до 65 °С такие высокие, для теплонасосов, температуры в системе отопления позволяют применить в здании отопительные приборы (радиаторы, конвектора и пр.) небольшого размера и стоимости.

Используемая модульная конструкция оборудования означает, что можно добавить аксессуары, такие как рекуператор тепла вентиляции, накопительный резервуар, модуль подогрева бассейна, кондиционирование, а также связь и управление через интернет или GSM, не меняя аккуратный, эргономичный внешний вид теплонасоса.

Специальная шумоизоляциятеплонасоса F1145 снижает шум до 43 дБ, что соизмеримо с работающим холодильником и обычно тише работающего газового котла.

В таблице 6.3 представлены характеристики, выбранного теплового насоса F1145-6.

Таблица 6.3

Характеристики теплового насоса F1145-6

Поставляемая/затрачиваемая мощность (B 0/W 35)*6,4/1,3 кВтПоставляемая мощность (B 0/W 50)**5,1 кВтСОР (B 0/W 35)*4,93СОР(B 0/W 35)**3,46Мощность нагрева электрокотла, ступенчато2/4/6/9 кВтВысота1500 ммШирина600 ммГлубина620 ммВес нетто145 кг

6.3 Геотермальный контур

Для теплового насоса основной характеристикой показателя эффективности теплового насоса является коэффициент преобразования энергии СОР.

В процессе работы компрессор <#"32" src="doc_zip174.jpg" />, (6.15)

где - вырабатываемая тепловая энергия;- потребляемая мощность, Вт.

Эта величина зависит от разности уровня температур в испарителе и конденсаторе (формула 6.16): чем больше разность, тем меньше эта величина.

, (6.16)- абсолютная температура приёмника тепла, K0 - абсолютная температура источника тепла, K

µ - коэффициент учитывающий потери (трение, сжатие и т.п.)

Исходя из таблицы 6.3:

СОР= 4.93=35+273=308K0=0+273=273K, значит µ:

(6.17)

Исходя из этого рассчитаем СОP при:=37,5 0C=37,5+273=310,5 K0=5+273=278 K

, (6.18)

Исходя из формулы (6.18) можно сделать вывод, что при неизменной (заданной 37,5 0С) температуре теплоносителя контура отопления, при повышении температуры НПИ повышается СОР. Это означает, что для данной системы отопления, с требуемым СОР не ниже 5,35, требуется температура грунта не ниже 5 0С. Из графика 6.1 следует, что глубина залегания геотермального контура должна быть не выше глубины 2м.

Распределение температур грунта, по глубине, для климатических условий города Екатеринбурга.

Рисунок 6.1

6.4 Выбор грунтового теплообменника

При выборе грунтового теплообменника, было принято решение остановиться на энергетической корзине (рисунок 6.2). Эта система прекрасно сочетается с различным оборудованием, обеспечивая оптимальное решение поставленных перед ней задач.

Места энергетическая корзина требует немного. Для того чтобы ее установить, роют котлован диаметром 3 м, глубиной от 4 до 5 м. Таким образом, нет необходимости привлекать буровую технику и получать разрешение на бурение.

Энергетические корзины могут работать не только «на обогрев», но и «на охлаждение», заменяя работу кондиционеров.

В данном случае, требуемая мощность складывается из мощности на отопление и горячее водоснабжение.

Результаты приведены в таблице 4.4.

Таким образом, можно сделать вывод, что потребуется мощность 5,2 кВт.

Смотря на таблицу 6.4. «Характеристика энергетических корзин» было принято решение установить 3 энергокорзины с мощностью отведения 1,6-2 кВт, а на рисунке 6.3. приведены зависимости удельной мощности отведения от типа грунта.

Таблица 6.4

Характеристика энергетических корзин

Зависимость удельной мощности отведения от типа грунта.

Рисунок 6.3

Таким образом, в отопительный период тепловой насос полностью покрывает нужды в виде отопления и ГВС.

7. Технико-экономическое обоснование проекта

.1 Расчет затрат на отопление и горячее водоснабжение для 1 года

Цель - выполнить технико-экономический анализ для автономной системы теплоснабжения с использованием солнечных коллекторов и теплового насоса.

В экономической части дипломного проекта рассчитываются показатели экономической эффективности вложений, такие как срок окупаемости, рентабельность и экономический эффект от внедрения установки.

Для сравнительного анализа рассмотрим затраты на отопление и ГВС для жилого загородного дома за период в один год. В данном поселке отсутствует газопровод, поэтому сравнение производим с затратами на теплоснабжение с помощью электрокотла.

Таблица 7.1

Потребление тепловой энергии по месяцам года

МесяцЧисло днейв месяце, Вт, ВтQотмесяц,ГДж, ГДжQтрмесяц,ГДжЯнварь314922232,813,1830,62413,807Февраль284659232,811,2710,56311,834Март313806232,810,1940,62410,818Апрель302427232,86,2910,6036,894Май31-232,8-0,6240,624Июнь30-232,8-0,6030,603Июль31-232,8-0,6240,624Август31-232,8-0,6240,624Сентябрь30-232,8-0,6030,603Октябрь312607232,86,9830,6247,607Ноябрь303779232,89,7950,60310,398Декабрь314643232,812,4360,62413,06Так как на участке отсутствует централизованное отопление и горячее водоснабжение, расчет рентабельности и экономического эффекта можно производить на основании затрат на установку электрокотла или теплового насоса и солнечных коллекторов, а так же затрат на дальнейшую оплату электричества. Стоимость электроэнергии 2,15 руб/кВт·ч для однотарифного учета с 01.07.2014г. по 31.12.2014г.

Не зависимо от выбора отопительной установки, остается необходимость в прокладке теплого пола. Таким образом, эти затраты так же не скажутся на окупаемости.

Расчёт стоимости оборудования.

1.Электрокотел.

Выбран электрический котел Protherm СКАТ 6 KR. Он предназначен для отопления квартир и загородных домов. Котел оснащен электронным управлением с функцией ступенчатого включения и выключения мощности, циркуляционным насосом, стальным цилиндрическим теплообменником, интегрированным гидравлическим блоком, датчиком давления воды в системе отопления, предохранительным клапаном, мембранным расширительным баком.

Техническое описание

·Одноконтурные электрические котлы

·Мощность 6,0 кВт

·Возможность настройки до 4-х ступеней мощности

·Приготовление горячей воды 15,3 л/мин. (при ?t=30oC) в дополнительном накопительном бойлере

·Контроль превышения напряжения

·Возможность работы с погодозависимой автоматикой

·Возможность каскадного соединения котлов

·Встроенный 10-ти литровый расширительный бак

·Встроенный циркуляционный насос с автоматическим воздухоотводчиком

·Возможность работы в сети напряжением 220В

Стоимость 32 200 руб.

Электропотребление 6,0 кВт·1,08=6,48 кВт (т.к. КПД = 0,92)

2.Тепловой насос + плоский солнечный коллектор.

Геотермальный тепловой насос NIBE F1145-6 EXP - 1 шт;

энергетическая корзина XLUponor- 3 шт;

Плоский солнечный коллектор INISO NEO 2.1 (1,6 м2);

Аккумуляторный бак мембранный Rucelf (300 л, 1 теплообменник, ТЭН 2,2 кВт));

Расширительный бак мембранный Varem, 12 л;

- Контроллер электронный SR 868 C8Q;

Насос Циркуляционный Wilo;

Предохранительный клапан;

Воздухоотводчик автоматический.

В таблице 7.1 и на рисунке 7.1 указана стоимость оборудования, входящего в состав гибридной автономной системы электроснабжения.

Структура затрат на компоненты системы в %

Рисунок 7.1

Таблица 7.2

Состав и цена оборудования

НаименованиеЕд. изм.Кол-воЦена за единицу, рубГеотермальный тепловой насосшт.1298808Контур низкопотенциального источника - энергетическая корзина XLUponorшт.361 240Плоский солнечный коллектор INISO NEO 2.1 (1,6 м2)шт.237 562Аккумуляторный бак мембранный Rucelf (300 л, 1 теплообменник, ТЭН 2,2 кВт))шт.126 110Расширительный бак мембранный Varem, 12 лшт.12 100Контроллер электронный SR 868 C8Qшт.14 670Насос Циркуляционный Wiloшт.14 190Предохранительный клапаншт.11 310Воздухоотводчик автоматическийшт.1490

Общая стоимость системы равна:596 522 руб.

(5.1)

где- стоимость теплового насоса;

- стоимость контура низкопотенциального источника;

-стоимость плоских солнечных коллекторов;

- стоимость аккумуляторного бака ;

Сбакрасшир. - стоимость расширительного бака;

-стоимость контроллера;

- стоимость циркуляционного насоса;

Скл - стоимость предохранительного клапана;

Свзд - стоимость автоматического воздухоотводчика.

Стн = 298 808 руб.

Снпи = 61 240· 3=183 720 руб.

Сск = 37 562·2= 75 124 руб.

= 26 110 руб.

Сбакрасшир = 2 100 руб.

= 4 670 руб.

= 4 190 руб.

Скл= 1 310 руб.

Свзд= 490 руб.

Сс = 298 808+61 240·3+37 562·2+26 110+2 100+4 670+4 190+1 310+490 = 596 522 руб.

7.2 Расчёт срока окупаемости системы

Срок окупаемости системы рассчитывается для территории с децентрализованным теплоснабжением в сравнении с электрокотлом.

Характеристики электрического котла Protherm СКАТ 6 KR:

мощность -6,5 кВт,

срок службы -7 000 000 часов,

стоимость -32 200 руб.

В данном случае срок окупаемости системы рассчитывается по формуле:

, (5.2)

где КЭС ? капитальные затраты на гибридную систему, руб.,

КДГ ? капитальные затраты на электрокотел, руб.,

ИДГ ? издержки при использовании электрокотла, руб.,

ИЭС ? издержки при использовании гибриднойсистемы, руб.

Поскольку срок службы гибридной системы составляет 30 лет, а электрокотла ? 10 лет, то стоимость замены электрокотла за тот же период будет равна:

руб.

Стоимость всех затрат на электрокотлы равна:

Кэл = 32200 + 64400 = 96600 руб.

В кап.затраты на гибридную систему включена стоимость оборудования, срок службы которого не меньше 25 лет, при условии своевременного технического обслуживания.

Годовые издержки при использовании электрокотла рассчитываются по формуле:

Иэл = Иэ + ИА + ИРЕМ, (5.3)

где Иэ ? издержки на оплату электроэнергии, руб./год,

ИА ? амортизационные издержки, руб./год,

ИРЕМ ? издержки на ремонт оборудования электрокотла, руб./год

Для выработки тепловой энергии за год электрокотлом эквивалентной т/э, вырабатываемой гибридной системой за год необходимо затратить 21

Иэ = 25108,704(кВт·ч)·2,15(руб/кВт·ч)= 53983,714 руб./год

Амортизационные издержки вычисляются по формуле:

, (5.4)

где НА ? норма амортизации, % ,

Кэл ? капитальные затраты на электрокотел, руб.,

ТСЛ ? срок службы всех электрокотлов, лет (принимаем 25 лет).

ИА = 0,04·96600 = 3864 руб./год

Издержки на ремонт электрокотла принимаем равные:

ИРЕМ = 0,2·ИА = 0,2·2683,33 =772,8 руб./год

Следовательно, издержки при использовании электрокотла равны:

Иэл = 58983,714+3864+772,8=63620,514 руб./год

Годовые издержки при использовании гибридной системы рассчитываются по формуле:

ИЭС = ИА + ИРЕМ + ИЭЭ, (5.5)

где ИА ? амортизационные издержки, руб./год,

ИРЕМ ? издержки на ремонт оборудования системы, руб/год,

Иээ - издержки на оплату электроэнергии, руб/год.

Амортизационные издержки вычисляются по формуле:

, (5.6)

где НА ? норма амортизации, % ,

КЭС ? капитальные затраты на гибридную систему, руб.,

ТСЛ ? срок службы гибридной системы, лет.

Издержки на оплату электроэнергии

Иээ = 6942,35 руб./год

Расчет производим учитывая коэффициент трансформации теплоты и затраты электрической энергии на работу гелиосистемы.

Срок службы гибридной системы равен 25 лет, следовательно,

ИА = 0,04·596522 =23860,88 руб./год.

Издержки на ремонт системы принимаем равные:

ИРЕМ = 0,05·ИА = 0,05·17963= 1193,044 руб./год.

Следовательно, издержки при использовании системы равны:

ИЭС = 23860,88 + 1193,044 +6942,35 = 31996,274 руб./год.

Срок окупаемости системы в сравнении с электрокотлом в зоне децентрализованного теплоснабжения равен:

7.3 Расчёт себестоимости тепловой энергии, вырабатываемой гибридной системой

Стоимость тепловой энергии, вырабатываемой системой, включает все затраты за весь период осуществления проекта.

Тогда стоимость т/э определяется по формуле:

, (5.7)

где ИЭС ?годовые издержки при использовании гибридной системы, руб./год.ГОД ? суммарная годовая выработка т/э от системы, кВт?ч/год. (см. главу 4).

Себестоимость т/э, вырабатываемой системой, равна:

С=31996,274/21543,88 = 1,485 руб./кВт·ч

Таким образом, в ходе оценочного расчета, срок окупаемости капиталовложений составляет 16лет. Наиболее важными факторами, влияющими на окупаемость проекта являются:

- стоимость оборудования;

цена за кВтч электроэнергии, а также динамика ее роста;

эффективность преобразования солнечной энергии и тепла грунта;

В условиях постоянного роста цен на энергоносители, при грамотном внедрении проекта, существует потенциал для снижения срока окупаемости.

7.4 Анализ технико-экономических показателей проекта

Причиной высокого срока окупаемости гибридной установки автономного теплоснабжения является высокая стоимость ТН и СК, по сравнению с другими комплектующими станции (рисунок 7.1). Однако на сегодняшний день наблюдается тенденция падения цен на установки, работающие на возобновляемых источниках энергии, а так же их повсеместное распространение. Соответственно, снижение стоимости на комплектующие уменьшит и срок окупаемости всей системы в целом.

Себестоимость тепловой энергии, вырабатываемая гибридной системой (1,785 руб./кВт?ч) очень низкая. По сравнению с централизованной сетью (1 291,86 руб./Гкал) доказывает, что гибридные системы рентабельно применять даже при близком расстоянии источника потребления тепловой энергии от линий электропередачи или централизованного отопления.

8. Безопасность жизнедеятельности

.1 Введение

.1.1 Цель дипломного проекта

Целью данного дипломного проекта является проектирование жилого дома, общей площадью 108,5 м2, оснащенного автономными источниками горячего водоснабжения и отопления. Контроль за состоянием работы оборудования системы, осуществляется автоматически, с периодическими проверками жильцами дома, или специалистами, устанавливающими данное оборудование.

Исходя из этого, целями данного раздела являются:

создание комфортных условий обитания человека;

идентификация воздействий факторов среды обитания на человека;

разработка мер защиты человека и среды обитания от негативных воздействий;

обеспечение безопасности, экологичности техники и технологических процессов при их проектировании и эксплуатации;

прогнозирование и оценка индивидуального и социального риска, а также последствий чрезвычайных ситуаций;

разработка мер по предупреждению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

В этом разделе рассмотрены характеристики рабочего места инженера-проектировщика, разрабатывающего проект дома и системы теплоснабжения.

8.1.2 Краткая характеристика объекта

Солнечные коллекторы и тепловой насос размещены в поселке Ключевск, Свердловская область (сороковой километр Режевского тракта).

Город Екатеринбург находится в зоне умеренно континентального климата с характерной резкой изменчивостью погодных условий, хорошо выраженными сезонами года:

средняя температура января - ?14 ºC;

средняя температура июля - +19 ºC;

среднегодовая температура - +2,6 °C;

среднегодовая скорость ветра - 3,2 м/с;

среднегодовая влажность воздуха - 71 %;

среднегодовое количество осадков - 498 мм;

8.1.3 Характеристика рабочего места

Рабочее место инженера-проетировщика находится в кабинете площадью 30 м2, расположенного в здании конструкторского бюро по адресу город Екатеринбург, улица Большакова 97, 1 этаж.

Выполняемые операции: проведение расчетных и проектировочных работ с использованием ЭВМ.

Используемые материалы: жидкокристаллический монитор, системный блок, МФУ, телефон, калькулятор, настольная лампа. Продолжительность нахождения в помещении не более 8 часов.

8.2 Безопасность проекта

.2.1 Характеристика опасных производственных факторов и мероприятий по обеспечению травмобезопасности оборудования

В помещении отсутствует оборудование, имеющее движущиеся части являющиеся источником опасности. Отсутствуют трубопроводы, гидро-, паро-, пневмосистемы, предохранительные клапаны, и другие элементы, повреждение которых может вызвать опасность. Оборудование, используемое при работе, не нагревается до температуры, опасной для здоровья человека.

Помещение оборудовано системой отопления, системой кондиционирования воздуха, температура воздуха в помещении составляет 22-25°С.

Поверхность пола в помещении ровная, нескользкая, удобная для очистки и влажной уборки.

8.2.2 Электробезопасность

Данное помещение является нормальным (п. 1.1.6 ПУЭ ), беспыльным (п. 1.1.11 ПУЭ), с нормальной температурой воздуха и с изолирующим полом (половая доска, покрытая линолеумом). Таким образом, кабинет можно отнести к классу помещений без повышенной опасности (п. 1.1.13 ПУЭ).

В помещении для питания электропотребителей используется переменное напряжение U= ~220 В с частотой f =50 Гц.

В помещении предусмотрены основные меры защиты:

изоляция токоведущих проводов осветительных приборов, ноутбука;

недоступность токоведущих проводов осветительных приборов, компьютера;

защитное заземление выполнено согласно ПУЭ.

В качестве заземляющих устройств используется контур, выполненный по стандартам и подключенный к двум шинам сечением по 280 кв. мм, выведенных по наружной стене здания к заземляющему устройству, состоящему из 25 оцинкованных труб длинной по 2,5 м, вбитых в землю у фундамента.

8.3 Гигиеническая оценка условий и характера труда

.3.1 Освещенность

В дневное время суток освещение помещения осуществляется естественным образом через оконные проемы в наружных стенах.

Согласно СП 52.13330 - 2011 [28] для IV разряда зрительных работ, к которому относится работа проектировщика, необходимо, чтобы на рабочем месте было искусственное освещение 300 лк, КЕО естественного освещения при боковом освещении 1,5 %.Искусственное освещение комбинированное, помимо общего освещения предусмотрено и местное.

Эффективность осветительной установки определяют также и качественные показатели освещенности: цветопередача, пульсация освещенности, показатель ослепляемости, равномерность распределения яркости. индексом цветопередачи 50-55 и цветовой температурой 3500-3600 К (невысокие требования к цветоразличению). Таким характеристикам соответствуют лампы типа ЛБ.

Допустимая пульсация освещенности регламентируется в СП 52.13330.2011 [28] коэффициентом пульсации. Для IV разряда зрительной работы его значение не должно превышать 20 %. Поэтому лампы типа ЛБ необходимо включать по схеме с искусственным сдвигом фаз для снижения коэффициента пульсации с 24 % до 10,5 %.

Слепящее действие светильников регламентируется в СП 52.13330.2011 [28] максимально допустимым значением показателем ослеплённости. Для IV разряда зрительной работы его значение не должно превышать 40.

Равномерность распределения яркости характеризуется отношением максимальной освещенности к минимальной. Это отношение не должно превышать 3 согласно СП 52.13330.2011 [28] для IV разряда зрительной работы.

Цветопередача определяет влияние спектрального состава излучения искусственного источника света на воспринимаемый цвет объектов по сравнению с цветом этих объектов, при освещении этих объектов стандартным источником света. Оценка цветопередачи источника производится по цветовой температуре и индексу цветопередачи. Согласно СП 52.13330.2011 [28] при освещенности 300Лк и более рекомендуется источник света с индексом цветопередачи 50-55 и цветовой температурой 3500-3600 К (невысокие требования к цветоразличению). Таким характеристикам соответствуют лампы типа ЛБ.

.3.2Состояние воздуха рабочей зоны

Рабочее место по категории проводимых в нем работ относится к категории Iа. К категории Iа относятся работы с интенсивностью энергозатрат до 120 ккал/ч (до 139 Вт), производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением.

Температура воздуха в помещении, температура рабочей поверхности, относительная влажность и скорость движения воздуха соответствуют допустимым нормативам СанПиН 2.2.4.548-96 [22], данные указаны в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочем месте производственного помещения

Категория работ по уровню энерготрат, ВтТемпература воздуха,°СТемпература поверхностей,°СОтносительнаявлажность,%Скорость движения воздуха,м/сI(а) (до139)23-2522-2640-600,1

В помещениях с ЭВМ обеспечены оптимальные параметры микроклимата.

Сочетание температуры относительной влажности, скорости движения и запыленности воздуха представляет собой метеорологические условия производственной среды [22] (таблица 8.2).

Таблица 8.2

Показатели условий труда проектировщика

Название профессииПроектировщикКатегория работIаПараметры микроклимата:Период годаХолодныйТеплыйТемпература, оС22-2423-25Относительная влажность, %40-6040-60Скорость воздуха, м/с0,10,1Теплоизлучение, Вт/м270Наименование вредного вещества на рабочем местеНетНаименование энергетического воздействия на средуИонизирующие излучения, шум, электромагнитные излученияУровень энергетического воздействияМинимальныйПлощадь, приходящаяся на одного работающего, факт./норм., м215/6

Для повышения влажности воздуха в помещениях следует применять увлажнители воздуха, заправляемые ежедневно дистиллированной или прокипяченной питьевой водой. Помещения должны регулярно проветриваться, что обеспечивает улучшение качественного состава воздуха, в том числе аэроионный режим.

Уровни положительных и отрицательных аэроионов в воздухе помещений должны соответствовать нормам. СанПиН 2.2.4. 1294-03 [32].

Таблица 8.3

Уровни ионизации воздуха помещений при работе на видеодисплейном терминале и персональной ЭВМ

УровниЧисло ионов в 1 см3 воздухап +п -Минимально необходимые400600Оптимальные1500-30003000-5000Максимально допустимые5000050000

8.3.3 Виброакустические факторы

Установленное оборудование в нормальном режиме эксплуатации создает невысокий уровень шума, который не превышает 70 дБА, что соответствует значениям, установленным СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [23] для напряженности трудового процесса средней степени при легкой физической нагрузке в соответствии с таблицей 4.

Согласно государственному стандарту нормируемой шумовой характеристикой рабочих мест при постоянном шуме являются уровни звука и звуковых давлений в децибелах в октавных полосах.

Таблица 8.4

Эквивалентный уровень звука

Вид трудовой деятельности, раочее местоУровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц.Уровни звука и эквивалент-ные уровни звука (в дБА)31,5631252505001000200040008000Работа, выполняемая с часто получаемыми указаниями и акустическими сигналами; работа, требующая постоян-ного слухового контроля; операторская работа по точному графику с инструк-цией; диспетчерская работа. Рабочие места в помещениях диспетчерской службы, каби-нетах и помещениях наблюдения и дистанционного уп-равления с речевой связью по телефону; машинописных бюро, на участках точной сборки, на телефонных и телеграфных станциях, в помещениях мастеров, в залах обработки информации на вычислительных машинах96837468636057555465

Уровень вибрации также не превышает значений по СН 2.2.4/2.1.8.566-96 [23] категории 3, тип «б» - вибрация на рабочих местах, где нет машин, генерирующих вибрацию - приведенных в таблице 8.5.

Таблица 8.5

Предельно допустимые значения вибрации рабочих месткатегории 3 - технологической типа «б»

Среднегеометрическиечастоты полос, ГцПредельно допустимые значения по осям виброускорениявиброскоростим/сдБм/c·10дБ1/3 окт.1/1 окт.1/3окт.1/1 окт.1/3 окт.1/1 окт.1/3 окт.1/1 окт.Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни0,04920,07984

8.3.4 Защита от электромагнитных и ионизирующих излучений

Воздействие таких полей вызывает изменение обмена веществ на клеточном уровне. Переменные электромагнитные поля вызывают колебания ионов в человеческом организме.

В условиях помещения для проектирования оснащенного ЭВМ основным источником электромагнитных излучений является монитор. Стандарты на производство современных мониторов не допускают их изготовление с высоким электромагнитным излучением. На данном рабочем месте используется жидкокристалический монитор SAMSUNG, являющейся мировым лидером по продажам и уровню защиты от электромагнитных излучений.

Таблица 8.6

Временные допустимые уровни ЭМП,с оздаваемых ПЭВМ на рабочих местах

Наименование параметров ВДУНапряженность электрического поляВ диапазоне частот 5 Гц-2 кГц25 В/мВ диапазоне частот 2 кГц-400 кГц2,5 В/мПлотность магнитного потокаВ диапазоне частот 5 Гц-2 кГц250 нТлВ диапазоне частот 2 кГц-400 кГц25 нТлНапряженность электрического поля15 кВ/м

8.3.5 Эргономичность рабочего места

Рабочее место соответствует требованиям ГОСТ 12.2.032-78[41]. Конструкция рабочего места и взаимное расположение всех его элементов (сиденья, средства отображения информации, органов управления) соответствуют антропометрическим, физиологическим и психологическим особенностям конкретного работника, а также характеру выполняемой работы. Конструкция рабочей мебели (столы, кресла, стулья) в учебной комнате обеспечивают возможность индивидуальной регулировки соответственно росту работающего и создают удобную позу. Часто используемые предметы труда (письменные принадлежности, калькулятор, учебная и научная литература и др.) располагаются в оптимальной рабочей зоне, на одном расстоянии от глаз работающего. Все это помогает снизить утомляемость, повысить производительность. В целях обеспечения безопасности работающих предлагается рациональное размещение оборудования согласно СанПиН 2.2.4.1191-03.

Таблица 8.7

Классы условий труда по показателям напряженности трудового процесса

Показатели напряжённостиХарактеристика показателя напряжённостиКласс усл. трудаИнтеллектуальные нагрузкиСодержание работыЭвристическая деятельность, требующая решения алгоритма, единоличное руководство в сложных ситуациях3.2 вредный 2 степениВосприятие сигналов (информации) и их оценкаВосприятие сигналов с последующим сопоставлением фактических значений параметров с их номинальными значениями. Заключительная оценка фактических значений параметров3.1 вредный 1 степениРаспределение функций по степени сложности заданияОбработка, выполнение задания и его проверка2 доп.Характер выполняемой работыРабота по установленному графику с возможной его коррекцией по ходу деятельности2 доп.Сенсорные нагрузкиДлительность сосредоточенного наблюдения (% времени смены)до 251 опт.Плотность сигналов (световых, звуковых) и сообщений в среднем за 1 час работыдо 75 1 опт.Размер объекта различения (при расстоянии от глаз работающего до объекта различения не более 0,5 м) в ммболее 5 мм - 100 %1 опт.Нагрузка на слуховой анализатор (при производственной необходимости восприятия речи или дифференцированных сигналов)Разборчивость слов и сигналов от 100 до 90 %. Помехи отсутствуют1 опт.Нагрузка на голосовой аппарат (суммарное количество часов, наговариваемое в неделю)до 161 опт.Эмоциональные нагрузкиСтепень ответственности за результат собственной деятельности. Значимость ошибкиНесет ответственность за выполнение отдельных элементов заданий. Влечет за собой дополнительные усилия в работе со стороны работника1 опт.Степень риска для собственной жизниИсключена1 опт.Количество конфликтных ситуаций, обусловленных профессиональной деятельностью, за сменуОтсутствуют1 опт.Степень ответственности за безопасность других лицИсключена1 опт. Продолжительность (в сек) выполнения простых заданий или повторяющихся операций100-252 доп.Время активных действий (в % к продолжительности смены). В остальное время - наблюдение за ходом производственного процесса20 и более1 опт.Монотонность производственной обстановки (время пассивного наблюдения за ходом техпроцесса в % от времени смены)Менее 751 опт.Режим работыФактическая продолжительность рабочего дня6-7 ч1 оптимальныйСменность работыОдносменная работа (без ночной смены)1 опт.Наличие регламентированных перерывов и их продолжительностьПерерывы регламентированы, достаточной продолжительности: 7 % и более рабочего времени1 опт.

Так как только два показателя отнесены к 3.1, 3.2 степени вредности, а остальные показатели имеют оценку 1-го и 2-го классов, то напряженность труда относится ко 2 классу «допустимый».

8.4 Пожарная безопасность

.4.1 Определение категории помещения

В соответствии с СП 12.13130-09 [27], рабочее место соответствует категории В1 - В4, так как присутствуют твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы способные при взаимодействии с кислородом воздуха или друг с другом только гореть. Определение пожароопасной категории помещения осуществляется путем сравнивания максимального значения удельной временной пожарной нагрузки (далее - пожарной нагрузки) в лаборатории с величиной пожарной нагрузки, приведенной в таблице 8.8

Таблица 8.8

Категории помещения по пожароопасности

Кат. помещенияУдельная пожарная нагрузка g на участке, МДжм-2В1Более 2200В21401-2200В3181-1400В41-180

При пожарной нагрузке, включающей в себя различные сочетания (смесь) горючих, трудногорючих жидкостей, твердых горючих и трудногорючих веществ и материалов в пределах пожароопасного участка, пожарная нагрузка Q МДж, определяется по формуле:

(8.1)

где Gi - количество i-го материала пожарной нагрузки, кг; - низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДж·кг-1.

Удельная пожарная нагрузка g определяется из соотношения

(8.2)

где S - площадь размещения пожарной нагрузки, м2 (но не менее 10м2).

Материалы пожарной нагрузки, имеющиеся в помещении, их массы и низшая теплота сгорания приведены в таблице 8.9.

Таблица 8.9

Материалы пожарной нагрузки, имеющиеся в помещении

МатериалОбщая масса GНизшая теплота сгорания QДревесина(бруски)3013,8Древесина(мебель)15013,8Бумага(книги, журналы)42013,4Резина2533,52Органическое стекло1527,6

Офисное помещение можно оценить:

S = 30 м2

Таким образом, по пожарной нагрузке помещение относится к категории В3 [27].

В соответствии с ППБ 01 - 03 помещение оснащено порошковым огнетушителем вместимостью 10л (1 шт.)

Во избежание пожара нужно предотвратить перегрев оборудования и проводки в распределительном шкафу. Этого можно достичь, предусмотрев в конструкции шкафа вентиляционные отверстия.

При возгорании постороннего предмета применяются первичные средства пожаротушения (ящик с песком, огнетушитель, ведро с водой).

8.4.2 Мероприятия по противопожарной защите

1. Территория должна быть оборудована средствами пожаротушения согласно правилам пожарной безопасности. Огнетушитель выбирают по классу пожара. В данном случае класс пожара В3. Сигнализация о возникновении пожара в помещении не предусмотрена.

. Обеспечение легкого доступа к средствам пожаротушения.

. При обнаружении пожара или признаков горения необходимо немедленно сообщить об этом в пожарную охрану, принять по возможности меры по тушению огня, эвакуации людей и сохранности материальных ценностей;

Необходимо немедленно отключить электроэнергию, остановить работу вентиляции в аварийном и смеженном с ним помещениях, выполнить другие мероприятия, способствующие предотвращению развития пожара и задымления здания.

В помещении имеется план эвакуации, представленный на рисунке 8.1.

План эвакуации 1 этажа здания

Рисунок 8.1

.4.3 Устройство молниезащиты зданий и сооружений

Комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий от взрывов, загораний и прямых попданий молний, называется молниезащитой. Для приема электрического разряда и отвода токов молнии в землю служат специальные устройства - молниеотводы [29]. В здании, где находиться рассматриваемое помещение молниеотвод состоит из несущей части (опоры), молниеприемника, непосредственно воспринимающего удары молнии, токоотвода, соединяющего молниеприемник с заземлителем для отвода тока в землю. Молниеприемники изготовлены из стали (окрашены): стержневой - сечением 150 мм2 и длиной 300 мм2 и тросовый (много проволочный оцинкованный трос) - сечением не менее 50 мм2.

8.4.4 Чрезвычайные ситуации

Возможные чрезвычайные ситуации, а также способы их предотвращения представлены в таблице 8.10.

Таблица 8.10

Возможные чрезвычайные ситуации, а также способы их предотвращения

Наименование аварийной ситуацииПри каких условиях возможна аварийная ситуацияВозможное развитие аварииСпособы и средства предотвращения аварииМетоды по локализации аварии12345Пожар в помещении1.Неисправность электрооборудования 2.Сильный перегревВозгорание оборуд., здания, близ расположенных1.Вызов пожарной охраны 2.До приезда пожарных1.Эвакуация персонала 2.Полное отключение эл-ва.установки 3.Попадание молниисооружений, травмы сотрудниковтушение подручными средствами (огнету-шитель)3.Тушение пожара подручными средствами 4.Немедлен-ный вызов пожарной охраны

Вопросами ЧС занимается Управление ГОЧС Чкаловского района.

Наводнение. Производится эвакуация работников в незатопляемые районы, руководство принимает комиссия по чрезвычайным ситуациям Управления ГОЧС Чкаловского района, проводится комплекс работ по спасению людей, оказавшихся в зоне затопления.

Наиболее эффективные методы борьбы с наводнениями - своевременная расчистка русел рек ото льда и заторов, устройство водохранилищ, струенаправляющих насыпей и защитных дамб.

Пожар. Наиболее вероятной чрезвычайной ситуацией является пожар. При обнаружении первых признаков пожара осуществляется эвакуация работников в безопасное место. При тушении пожара использовать огнетушители, пожарные краны, воду, песок, средства индивидуальной защиты, руководит эвакуацией комиссия по чрезвычайным ситуациям Чкаловского района.

8.5 Выводы

Рабочее место соответствует требованиям нормативных актов по следующим критериям:

микроклимат (СанПиН 2.2.4.548-96);

искусственное освещение (СП 52.13330.2011);

электробезопасность (ГОСТ 12.2.032-78);

пожарная безопасность (СП12.13130.09, ФЗ №123 Технический регламент «О требованиях пожарной безопасности»);

уровень шума (СН 2.2.4/2.1.8.562-96);

уровень вибрации (СН 2.2.4/2.1.8.566-96);

естественное освещение (СП 52.13330.2011).

9. Природопользование и охрана окружающей среды

Полная безопасность эксплуатации солнечных коллекторов и теплового насоса - отсутствие шума и выбросов в атмосферу и почву, совместимость с сельскохозяйственным производством и домашним хозяйством. При эксплуатации установки отрицательное воздействие на окружающую среду и людей возникает только в чрезвычайных ситуациях.

Частое использование установки приводит к эквивалентному снижению расхода органического топлива и соответствующему снижению загрязнения окружающей среды от его сжигания.

Технологические процессы, оборудование и вентиляция в рабочем помещении не оказывают неблагоприятного воздействия на атмосферный воздух, так как отсутствуют выбросы загрязняющих веществ.

Так как рабочее помещение не является источником воздействия на среду обитания и здоровье человека, то санитарная зона не предусматривается.

9.1 Основные источники загрязнения окружающей среды

сточная канава;

отходы производства и потребления;

Применяемые и рекомендуемые мероприятия по повышению экологической безопасности проекта.

) Канализация, оборудованная очистными сооружениями в соответствии с требованиями СНиП 2.04.08-85. В составе очистных сооружений должны быть предусмотрены:

устройства для равномерного распределения сточных вод и осадка между отдельными элементами сооружений, а также для отключения сооружений, каналов и трубопроводов на ремонт, для опорожнения и промывки;

устройства для измерения расходов сточных вод и осадка;

аппаратура и лабораторное оборудование для контроля качества поступающих и очищенных сточных вод.

Степень очистки сточных вод определяется в зависимости от местных условий и с учетом возможного использования очищенных сточных вод и поверхностного стока для производственных или сельскохозяйственных нужд.

) В соответствии с СП 2.1.7.1322-03 временное складирование отходов производства и потребления производится на открытых, специально оборудованных для этого площадках. Периодичность вывоза накопленных отходов регламентируется установленными лимитами накопления отходов производства и потребления. Перевозка отходов к вспомогательным производствам и на полигоны складирования осуществляются специально оборудованным транспортом основного производителя или специализированных транспортных фирм.

Согласно Федеральному классификационному каталогу отходов (с изменениями на 30 июля 2003 года) имеется два типа отходов:

57101300 13 00 5 Шланги пластмассовые, потерявшие потребительские свойства (позиция дополнительно включена со 2 сентября 2003 года приказом МПР России от 30 июля 2003 года N 663);

94900000 00 00 0 Отходы от водоэксплуатации.

Согласно каталогу опасными являются только шланги пластмассовые, потерявшие потребительские свойства, они принадлежат V классу опасности.

Эколого-экономическое обоснование параметров исследуемой гибридной автономной системы теплоснабжения следует производить с учетом экологической сопоставимости альтернативных вариантов. Обеспечение экологической сопоставимости энергетических объектов подразумевает (по аналогии с энергетической сопоставимостью, когда приравниваются мощности и выработка электроэнергии) приравнивание экологических воздействий и последствий. При сравнении разных типов автономных систем энергоснабжения с равными энергетическими показателями экологические воздействия и последствия их в натуральных показателях будут различными.

При сопоставлении системы электроснабжения с другими источниками децентрализованного энергоснабжения следует принимать во внимание следующие природоохранные достоинства:

простая эксплуатация, включающая возможность полной автоматизации обслуживания;

минимальное влияние на окружающую природную среду.

9.2 Выводы

Гибридная установка, предназначенная для выработки тепловой энергии, является нейтральной по отношению к окружающей среде (т.к. не приходится говорить об экономии традиционного топлива из-за ее малой мощности), экологически чистой, обеспечивающей безопасность человека при эксплуатации станции согласно ГОСТам и СНиПам.

Заключение

В ходе дипломного проектирования были решены следующие задачи:

рассмотрен вопрос о состоянии отрасли солнечных коллекторов

проанализированы режимы работы действующих гелиосистем;

проанализированы режимы работы тепловых насосов;

рассмотрены различные виды теплоизоляционных материалов;

произведен расчет энергетических показателей (потребностей) энергоэффективного дома для данных условий (географических координат);

осуществлен выбор теплоизоляционных материалов, типа и количества солнечных коллекторов, а также теплового насоса;

расчитаны необходимые характеристики солнечных коллектров и теплового насоса

произведен расчет теплого пола, как единственного источника отопления в доме;

выполнен расчет затрат дома на тепловую энергию за год по данным теплопотерям и затратам на ГВС;

осуществлен расчет основных технико-экономических показателей

рассмотрен вопрос о безопасности рабочего места инженера-проектировщика;

произведена оценка возможных чрезвычайных ситуаций и влияния гибридной системы на экологическую обстановку.

Что позволит обеспечить круглогодичное отопление и гвс Разработанный проект предложен для внедрения в частном жилом доме, в поселке Ключевск, Свердловской области. Согласно данному проекту, круглогодичное ГВС и отопление осуществляется с помощью солнечных коллекторов INISO NEO 2.1, площадью 3м2 и теплового насоса фирмы NIBE модель F1145-6 …..

Список литературы

1.Самарин О.Д., Васин П.С., Зайцев Н.Н., Гарифуллин Р.Ф., Загорцева Н.В. Оценка энергоэффективности зданий и сравнительная эффективность энергосберегающих мероприятий. Сб. докл. конф. РНТО строителей, 2004, с. 56-60.

2.<#"justify">38. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года, 2009.

РЕФЕРАТ Дипломный проект выполнен с целью создания системы отопления и ГВС жилого загородного дома в поселке Ключевск, Свердловской области с помощью теп

Больше работ по теме: