Актуальное

Тепловые насосы в центре города (проект электро- и теплоснабжения за счет возобновляемых источников энергии)

В Петербурге реализован проект по электро- и теплоснабжению двухэтажного офиса за счет возобновляемых источников энергии. Первый сезон эксплуатации оборудования показал, что использовать альтернативную энергетику в петербургских условиях не только реально, но и выгодно.

Под натиском новой энергетики

Интерес к альтернативным источникам энергии продолжает расти. Хотя отечественный спрос на них сравнительно невелик, за последние годы было реализовано множество проектов, которые удачно демонстрируют преимущества применения тепловых насосов или солнечных и ветровых мини-электростанций.

Речь идет не только о частной загородной недвижимости, но и об энергоснабжении крупных объектов промышленности, гостиничного бизнеса, административных центров.

Развитию новой энергетики способст­вует эволюция технологий. Производителям современных тепловых насосов удалось достичь высокого уровня эффективности и надежности оборудования, которое отличается малошумностью, экологично­стью и удобством в эксплуатации.

В компании «Альянс-Нева» накоплен большой опыт в области применения тепловых насосов на разных по назначению объектах и в различных по климатическим условиям регионах страны. В проектах применяется оборудование нескольких производителей, которое отличается по мощности и по конструктивным решениям.

Одним из объектов использования источников альтернативной энергии стал офис компании на Петроградской стороне Санкт-Петербурга. Офисные помещения общей площадью 200 кв. м занимают два первых этажа четырехэтажного дома. Остальная часть здания – жилые квар­тиры.

В контуре теплоснабжения здания задействована энергия от теплового насоса с грунтовым зондом и тепло солнечных коллекторов, в электроснабжение свой вклад вносят фотоэлектрические панели, установленные на крыше.

– Идея оснастить офисные помещения оборудованием для использования возобновляемых источников энергии изначально носила демонстрационный характер, – поясняет инициатор проекта ведущий инженер компании «Альянс-Нева» Кирилл Пруненко. – С другой стороны, перед нами стояла задача не только показать заказчику действующую технику «вживую», но и испытать ее, чтобы понимать, с какими проблемами можно столкнуться при монтаже или эксплуатации.

Весной 2011 года реализован первый этап проекта, при котором в общем тепловом балансе здания помимо возобновляемого задействован внешний источник тепла. Со временем в компании планируют полностью перейти на автономное теплоснабжение.

Для солнечной энергии хватит крыши

Для выработки электроэнергии на крыше здания установлены пять модулей фотоэлектрических батарей площадью по 1,5 кв. м. Каждый модуль обеспечивает выработку 200 Вт электроэнергии.

Суммарной электроэнергии, получаемой от батарей, достаточно, чтобы полностью обеспечить освещение в офисе, поскольку все источники света заменены на энергосберегающие – светодиодные и компактные люминесцентные.

Кроме того, энергия солнечной радиации приводит в действие систему приточно-вытяжной вентиляции с пластинчатым рекуператором тепла и максимальной потребляемой электрической мощностью на вентиляторы 80 Вт/час.

– В хорошо утепленном доме через систему приточно-вытяжной вентиляции до 50% тепловой энергии может «выбрасываться на воздух», – говорит Кирилл Пруненко. – Рекуперация позволяет теоретически использовать до 90% отработанного тепла. На практике КПД рекуператоров отличается от идеального, но и в этом случае не менее 60% тепла возвращается в здание.

Офисная вентиляционная установка работает постоянно, то есть на воздухообмен расходуется около 1,9 кВт·ч электроэнергии в сутки, а в яркий солнечный день в аккумуляторах накапливается до 7 кВт. Как показал опыт эксплуатации, даже в пасмурные дни энергии солнечных батарей хватает, чтобы поддерживать работу вентиляционной системы.

В целом около 50% потребления элект­ричества в офисе компании обеспечивается энергией солнечных батарей. При недостаточном количестве солнечной энергии инвертор с функцией контроллера автоматически переводит энергоснабжение помещений в режим питания от централизованной электросети.

Помимо фотоэлектрических модулей на крыше здания установлены солнечные коллекторы. Два плоскопанельных модуля с общей площадью поглотителя 4 кв. м и вакуумные коллекторы обеспечивают в совокупности выработку 7,2 кВт тепловой энергии, которая используется для подогрева теплоносителя в баке-аккумуляторе с функцией приготовления горячей воды емкостью 750 л. Теплоноситель циркулирует в системе принудительно.

Вакуумные трубки коллектора обеспечивают сбор солнечной радиации как в безоблачную, так и в пасмурную погоду, преобразуя прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло. Эффективность вакуумного коллектора при низких температурах (рабочий диапазон может достигать минус 50°С) выше по сравнению с плоскопанельным.

Это позволяет не только летом, но также весной или осенью компенсировать теплопотери офисных помещений за счет солнечной энергии. По данным компании, даже в пасмурную погоду энергии, получаемой от солнца, достаточно для подогрева первичного контура теплового насоса.

Тепло из воздуха и грунта

Основой системы теплоснабжения офисных помещений стал грунтовый тепловой насос мощностью 14 кВт, ранее используемый в качестве демонстрационной модели. Тогда для подогрева первичного контура насоса использовалась сетевая электроэнергия и тепло от обратного отопительного контура расположенной рядом фабрики. Ее котельная была основным источником тепла для офисного здания.

Большую часть производимой тепловой энергии для получения горячей воды тепловой насос получает из грунта как низкопотенциального источника и от солнца. Недостаток тепловой энергии в пики потребления восполняет контур «обратки».

Для размещения коллектора теплового насоса во внутреннем дворе здания пока пробурена скважина глубиной 20 м, которая помимо отопления позволяет осуществлять охлаждение одного из помещений офиса. В перспективе общую глубину скважин планируют увеличить до 160 м, что позволит полностью использовать потенциал теплового насоса и перейти на автономное теплоснабжение и холодоснабжение.

Еще два тепловых насоса мощностью по 5 кВт каждый со встроенными бойлерами используются как демонстрационные, но подключены параллельно к первичному контуру действующего насоса. При включении они сбрасывают выработанное тепло в общую систему теплоснабжения.

Кроме того, в здании в качестве эксперимента установлен тепловой насос воздух/вода, который буквально из воздуха получает энергию, чтобы поддерживать отопление и горячее водоснабжение в квартире площадью 180 кв. м.

Зеленеющий мегаполис

Совокупность примененных технологий: использование энергии грунта, солнца и воздуха, энергосберегающее освещение, вентиляционная система с рекуперацией тепла – позволяет говорить о перспективах создания энергоэффективных зданий в среде мегаполиса. Но будет ли экономическая эффективность «зеленых зданий» настолько же убедительной, как энергетическая или экологическая?

В компании подсчитали, что окупаемость источников возобновляемой энергии за вычетом солнечных элементов может составить около восьми лет, то есть проект не лишен инвестиционной привлекательности.

По мнению автора проекта, судить об его экономической эффективности после первых месяцев эксплуатации пока рано, к тому же проект задумывался как демонст­рация технологических возможностей оборудования по использованию энергии возобновляемых источников. Поэтому некоторые меры по энергосбережению здания остались нереализованными, в том числе по объективным причинам.

Например, повысить как энергетиче­скую, так и финансовую эффективность можно было бы за счет меньшего оттока тепла во внешнюю среду, дополнительно утеплив ограждающие конструкции здания, но по ряду причин установить теплоизоляцию на фасады оказалось невозможным.

– Быть полностью автономным в ограниченных условиях большого города сложно, – полагает Кирилл Пруненко. – Приходится учитывать затеняющие факторы для солнечных батарей и коллекторов, их не всегда можно оптимально расположить из-за архитектурных и конструктивных особенностей здания. Не всегда можно улучшить теплозащиту ограждающих конструкций.

К примеру, наши предварительные расчеты показали, что в теплоизолированном здании можно было бы обойтись только запасами солнечной энергии. Для устройства грунтовых насосов из-за подземных коммуникаций и транспортной инфраструктуры особую сложность представляют вопросы, связанные с земляными работами и подключением систем к грунтовым источникам: бурение скважин, геологическая разведка участков, методика расчетов.

Для мощных тепловых насосов от 30 кВт количество скважин возрастет, и при близком расположении они начинают воздействовать друг на друга – ошибки в расчетах могут привести к заморозке грунта. Поэтому настаивать на установке в каждом доме теплового насоса было бы неверным, особенно если дом подключен к теплосетям, использующим побочное тепло от теплоэлектростанций при производстве электроэнергии.

Вместе с тем сторонники альтернативной энергетики уверены, что в мегаполисе есть немало источников энергии антропогенного характера, тепло которых можно было бы утилизировать с помощью мощных тепловых насосов. Это низкопотенциальное тепло вытяжного воздуха жилых и общественных зданий, крупных объектов (например, метрополитена), водоочистных сооружений, канализационных коллекторов.

Другое дело, что помимо энтузиазма разработчиков и наличия источников тепла для развития возобновляемой энергетики необходимы такие факторы, как государственная поддержка в виде целевого финансирования, законодательство, которое стимулирует применение энергосберегающего оборудования, высокий уровень цен на энергоресурсы, повышающий рентабельность проектов с применением подобного оборудования.

Как показывает опыт последних лет, в регионах, где есть поддержка со стороны местной администрации, альтернативные источники энергии получают право на существование.



Точка зрения

Андрей Андреев, коммерческий директор ООО «ТИМ»:

– За последнее десятилетие технические характеристики тепловых насосов (ТН), связанные с их энергоэффективностью, улучшились более чем в два раза. Основной толчок в этом направлении произошел с появлением новых спиральных компрессоров, повлиявших не только на экономичность и эффективность оборудования, но и снизивших шумовые показатели, что особенно важно для установки оборудования внутри жилых объектов.

Современные ТН успешно конкурируют по эксплуатационным затратам с любым типом тепловых установок, в том числе работающих на магистральном газе. Кроме этого, ТН не является только теплогенерирующим устройством, но скорее климатическим, поскольку так же хорошо обеспечивает охлаждение.

Что касается спроса на ТН, то его нельзя считать показательным, российский рынок еще формируется. Геотермальное и воздушное оборудование сейчас устанавливается как на промышленных, коммерческих, так и на частных объектах, но тепловые насосы у нас по-прежнему не очень востребованы.

Вместе с тем за рубежом реализованы проекты по отоплению крупных промышленных и коммерческих объектов, где отопительные мощности устройств составляют от 2 до 10 МВт.

Сейчас компания «ТИМ» участвует в проекте государственного заказа типового социального дома в Санкт-Петербурге, в котором более 1000 кв. м будет обогреваться и охлаждаться тепловым насосом.

Мы считаем перспективным развитие этого направления в мегаполисах, поскольку они являются сосредоточением большого числа потребителей, и применение мощных устройств в непосредственной близости от них будет экономично и экологически безопасно.


Татьяна Рейтер

Другие материалы по теме

Спонсоры: