В современном мире, где вопросы экологии и сохранения природных ресурсов становятся все более актуальными, нетрадиционные источники энергии играют важную роль в обеспечении энергетической безопасности и устойчивого развития. В частности, использование нетрадиционных источников энергии для теплоснабжения может значительно сократить зависимость от традиционных источников, таких как газ, нефть и уголь, которые являются источниками выбросов парниковых газов и других вредных веществ.
Оценка эффективности и экономической целесообразности применения нетрадиционных источников энергии для теплоснабжения зависит от многих факторов, таких как климатические условия, доступность и стоимость технологий, местные законодательные и регуляторные требования и многие другие факторы. Однако, несмотря на некоторые ограничения, использование нетрадиционных источников энергии для теплоснабжения может значительно снизить затраты на энергию и сократить негативное воздействие на окружающую среду.
Одним из способов теплоснабжения является использование теплового насоса. Его работа основана на термодинамическом цикле, который включает в себя четыре этапа: компрессия, конденсация, расширение и испарение.
Ведущим преимуществом использования теплового насоса для теплоснабжения является сокращение расходов на топливе или электроэнергии в сравнении с традиционными котлами.
К недостатком относится высокая зависимость от условий среды размещения внешнего теплообменника, поскольку эффективность работы зависит от перепада температур в контуре.
Целью данной ВКР является в разработке системы отопления с использованием теплового насоса для индивидуального жилого дома на 3 человека , расположенного в пригороде города Красноярска, деревне Лукино, Красноярского Края.
Объектом исследования является система теплоснабжения с использованием теплового насоса в частном дома на 3 человека.
Предмет исследования: целесообразность использования теплового насоса в условиях Красноярского края.
Для достижения поставленной цели были выполнены следующие задачи
- теоретические основы по ТНУ
- анализ проектируемого объекта
- нахождение теплопотерь здания
- расчёт теплообменника для внешнего контура ТНУ
- расчёт и подбор оборудования
- определение технико-экономических показателей проекта
- вывод о проделанной работе
Результаты данной работы могут быть использованы при разработке систем отопления индивидуального жилого строительства с использованием теплового насоса в пригороде города Красноярска.
В ходе работы был сделан обзор использования тепловых насосов, проанализированы особенности изучаемого объекта, выполнен расчет теплопотерь здания, а также технико-экономический расчет. Для реализации предлагаемого решения подобрано основное и вспомогательное оборудование.
Технико-экономический расчет показал, что срок окупаемости проекта составляет почти 14 лет, при использовании органического топлива - угля, при использовании пеллет срок уменьшается в 2 раза. Существенно сокращаются затраты по эксплуатации оборудования связанные с необходимостью периодической загрузкой котла топливом и удалением остатков сгоревшего топлива. Также следует отметить что существует проблема по утилизации этих отход. Преимуществом использования ТНУ так же является отсутствие необходимости наличия запасов топлива, его хранения и транспортировки. Полная автоматизация процесса эксплуатации ТНУ позволяет экономить электроэнергию на насос и всю систему, также хорошая теплоизоляция бака аккумулятора позволяет сохранить накопленное в течении ночи тепло.
В нашем проекте было выбрано два коллектора с принудительной циркуляцией, каждый из которых имеет длину по 130 м, которые полностью покрывают потребности системы теплового насоса в низко потенциальной энергии.
Стоит также отметить, что теплонасосная установка может быть использована в паре с такими компонентами системы, как кондиционер на летний период для охлаждения дома, а так же с бойлерами, что позволяет так же покрывать нагрузку по ГВС.
Все вышеперечисленные преимущества делают тепловые насосы удобными и эффективными источниками чистой энергии, при использования на постоянной основе в течении нескольких лет.
1. Применение тепловых насосов в системах отопления / А.А. Иванов, С.В. Петров, Е.В. Смирнова // Теплоэнергетика. - 2018. - № 2. - С. 24-29.
2. Тепловой насос: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки [Электронный ресурс]. URL: https://energosberezhenie.com.ua/teplovoy-nasos-ustroystvo-princip- raboty-preimushchestva-i-nedostatki/(дата обращения 12.06.2021)
3. Буш, Р.Л. Тепловые насосы: теория и практика / Р.Л. Буш. - М.: Издательский дом "Дело" РАНХиГС, 2017. - 352 с.
4. СП 131.13330.2018 "Тепловая защита зданий и сооружений" // Минстрой , 2018. - С.12, 90.
5. СП 50.13330.2012 " Тепловая защита зданий " // Минстрой, 2021.
6. СП 60.13330.2020 " Отопление, вентиляция и кондиционирование " // Минстрой , 2020. - С. 16-29, 107-120.
7. Смирнов, А. В. Экономическая эффективность использования теплового насоса в системе отопления / А. В. Смирнов, В. В. Луценко // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. - 2019. - № 8 (138). - С. 20-25.
8. Оценка эффективности использования тепловых насосов в системах отопления [Электронный ресурс] / Научные исследования в области энергетики // "Тепловые насосы для отопления и кондиционирования воздуха" автора Джона Б. Криспа, 2019. - C. 127-131.
9. Лопаткин, А. Н. Тепловые насосы в системах отопления / А. Н. Лопаткин // Технологии энергосбережения. - 2019. - № 2 (28). - С. 32-39.
10. Оценка эффективности использования тепловых насосов в системах отопления [Электронный ресурс] / Научные исследования в области энергетики. - 2019. - URL: https://www.energy-research.com.ua/ocenka- jeffektivnosti-ispolzovanija-teplovyh-nasosov-v-sistemah-otoplenija/ (дата обращения 01.07.2021).
11. Шевченко, А. В. Сравнительный анализ эффективности использования тепловых насосов в системах отопления / А. В. Шевченко, И. А. Тарасов // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. - 2021. - № 2 (162). - С. 40-45.
12. Каталог оборудовая Thermex [Электронный ресурс]// URL: https://thermexenergy.ru/geotermal(дата обращения 10.06.2023)