Введение 8
Глава 1. Аналитический обзор работ, посвященных использованию возобновляемых источников энергии 11
1.1 Научные работы, посвященные солнечным коллекторам 11
1.2 Научные работы, посвященные тепловым насосам 16
1.3 Научные работы, посвященные комбинированным схемам 19
Глава 2. Теоретические предпосылки к использованию солнечных коллекторов и тепловых насосов и обоснование применения солнечной установки 22
2.1 Солнечные коллектора 22
2.2 Располагаемое количество солнечной энергии 33
2.3 Тепловые насосы 43
2.4 Обоснование применения солнечной установки 54
Глава 3. Определение тепловой нагрузки существующих систем микроклимата в помещениях детского сада 59
3.1 Расчет теплопотерь существующих ограждающих конструкций детского
сада 59
3.2 Гидравлический расчет существующей системы отопления 64
3.3 Расчет теплопотребления на горячее водоснабжение 69
Глава 4. Расчеты для инженерных систем детского сада при использовании возобновляемых источников 74
4.1 Расчет теплопотерь при утепленных ограждающих конструкциях и
современном остеклении оконных проемов 74
4.2 Расчет теплопотребления на вентиляцию 75
4.3 Расчет энергопотребления на кондиционирование 89
4.4 Система теплого пола для игровых помещений 93
Глава 5. Разработка схемы тепло- и холодоснабжения на основе возобновляемых источников энергии 94
Глава 6. Технико-экономические показатели трех вариантов реконструкции источников теплоснабжения на основе возобновляемой энергии 102
Список использованных источников 113
Приложения 120
Актуальность темы. Потребление энергии в нашей стране, неуклонно возрастает и, прежде всего для создания комфортных условий в помещениях зданий и сооружений.
В настоящее время всё большую популярность набирают установки для тепло- и холодоснабжения, работающие на возобновляемых источниках энергии, а именно, энергии солнца и тепла земли. Такие установки способны работать как по отдельности, так и совместно, что значительно повышает их эффективность. Для климатических условий города Владивостока и Приморского края применение таких гибридных установок на базе возобновляемых источников энергии становится особенно актуально, так как в данном регионе наблюдается большое количество солнечных дней в году, использовав которые, можно значительно сократить потребление органического топлива и снизить количество вредных выбросов в окружающую среду. Поиск экологически безопасных, возобновляемых и экономически выгодных источников энергии является актуальной проблемой на сегодняшний день.
На о. Русский расположено четыре детских сада, имеющих индивидуальные твердотопливные котельные. При нормативном значении температуры наружного воздуха (+8 0С ) в детских садах перестают работать котельные и отключают системы отопления, поэтому микроклимат в помещениях особенно в утренние часы не соответствует нормам [1]. В данном проекте рассмотрена возможность использования солнечных коллекторов и теплового насоса для отопления и горячего водоснабжения в детском саду № 81 в г. Владивостоке, о. Русский, пос. Экипажный.
Одной из основных причин раннего завершения отопительного периода на о. Русский являются большие эксплуатационные затраты на индивидуальный тепловой источник, которым является твёрдотопливный котел для отопления и электрический водонагреватель для горячего водоснабжения. Поэтому для обеспечения требуемой тепловой нагрузки на систему отопления и горячего водоснабжения, предлагается использовать в качестве источника энергии солнечные коллекторы и тепловой насос.
Цель и задачи исследования.
Цель работы: повышение эффективности работы системы теплоснабжения детского сада за счет возобновляемых источников энергии, при использовании солнечных коллекторов в комбинированной схеме с тепловым насосом.
Задачи, которые надо решить для достижения поставленной цели:
• Выполнить анализ существующих типов оборудования, использующих возобновляемые источники энергии (солнечные коллектора и тепловые насосы).
• Обосновать возможность применения солнечной установки на основе графиков температур наружного воздуха г. Владивостока.
• Произвести поверочный расчет системы отопления.
• Запроектировать систему теплого пола для игровых помещений; а также систему фанкойлов для игровых помещений и спален, чтобы использовать солнечные коллектора и тепловой насос.
• Произвести расчет системы горячего водоснабжения.
• Запроектировать систему вентиляции с механическим побуждением и рекуперацией тепла.
• Произвести расчет теплопотерь здания по второму этапу энергосбережения.
• Запроектировать схему обеспечения тепло- и холодоснабжения на базе солнечного коллектора и теплового насоса.
• Произвести технико-экономический расчет инвестиций в создание установки тепло- холодоснабжения на базе солнечного коллектора и теплового насоса.
Объект исследования - системы тепло- холодоснабжения и горячего водоснабжения в помещениях детского сад № 81 в г. Владивостоке, о. Русский, пос. Экипажный.
Методы исследования - в работе используются теоретические и аналитические методы исследования.
Научная новизна данной работы заключается в оптимизации работы системы отопления и горячего водоснабжения при снижении температур наружного воздуха в переходный период, и создание в детском саду комфортных условий за счет использования возобновляемых источников энергии, а именно солнечных коллекторов в комбинированной схеме с тепловым насосом.
Практическое значение результатов работы:
• Проведен сравнительный анализ по технико-экономическим параметрам различных вариантов теплоснабжения здания;
• Разработан проект теплоснабжения детского сада на основе солнечных коллекторов в комбинированной схеме с тепловым насосом.
Публикации. Опубликованы статьи в электронных изданиях «Молодежь и научно-технический прогресс 2016», «Молодежь и научно-технический прогресс 2017». Сделан доклад на региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс» -2016.
Совместное использование солнечных коллекторов с тепловым насосом позволяет значительно сократить количество вредных выбросов в окружающую среду, а в условиях постоянно растущих цен на энергоносители и электроэнергию, является экономически и экологически эффективным решением для
энергосбережения на объекте.
В результате аналитического обзора существующих типов оборудования, использующие возобновляемые источники энергии, выбраны солнечные коллектора Logasol SKN 4.0 и водо-водяной тепловой насос Mammoth J100WLES. Приведено обоснование применения солнечной установки для отопления в переходный период времени и горячего водоснабжения круглогодично.
Выполненный поверочный расчет существующих систем отопления и горячего водоснабжения показал, что при капитальном ремонте детского сада необходимо утепление ограждающих конструкций, поэтому расчет теплопотерь помещений здания с ограждающими конструкциями, соответствующими второму
этапу энергосбережения, показал, на сколько потребуется их утепление, что снизит теплопотери здания и соответственно энергозатраты.
Для комфортного микроклимата в помещениях детского сада были рассчитаны и запроектированы системы: теплый пол; фанкойлов; вентиляции с механическим побуждением и рекуперацией тепла.
Разработана схема солнечной установки для детского сада №81 в г. Владивостоке, о. Русский, пос. Экипажный и выполнен проект установки, совмещенной с системами отопления и горячего водоснабжения. Данный проект реализован и внедрен. Для улучшения комфортных условий и снижения эксплуатационных затрат разработана схема обеспечения тепло- и холодоснабжения на базе солнечного коллектора Logasol SKN 4.0 и водо-водяного теплового насоса Mammoth J100WLE. Подобрано сопутствующее оборудование: бак-аккумулятор для системы горячего водоснабжения (ГВС) на 200 литров Logalux SU200 и бак-аккумулятор для системы отопления на 500л, скважинное поле, состоящее из 12 геотермальных скважин. Это схема требует дополнительных капиталовложений, но используя комбинированную систему тепло- и холодоснабжения, будут обеспечены необходимые нагрузки для системы теплоснабжения детского сада и снижение затрат на эксплуатацию после монтажа. А самое главное данная гибридная установка безопасна для окружающей среды.
На основании произведенного технико-экономического расчета трех вариантов инвестиций в создание установки тепло- холодоснабжения для детского сада сделан вывод, что наиболее выгодной является комбинированная система тепло- холодоснабжения на базе солнечного коллектора и теплового насоса.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
