Опалення енергонезалежних будинків

Опалення енергонезалежних будинків

 

Чергове підвищення ціни газу підштовхнуло до впровадження енергозберігальних технологій в Україні. Причиною цього є 7 млрд м3 газу, не викупленого досі у Газпрому.

Енергобереження характеризується концептуальним підходом, при якому мають бути враховані енергетичні параметри будівлі, тип опалювального обладнання, ефекти від допоміжних заходів тощо. Ці фактори та їх взаємні впливи є суттєвими, і можуть призводити до несподіваних результатів.

 

Візьмемо для прикладу роботу теплової помпи «повітря-вода» в опалювальний період у кліматичних умовах Львівщини.  Як відомо, ефективність роботи теплової помпи визначається усередненим тепловим коефіцієнтом (УТК), тобто відношенням одержаної теплової енергії до витраченої електричної. Чим менша температура довкілля, тим меншим є УТК. На рис. 1 зображений графік залежності УТК помпи PARSW-040B від температури повітря, яке подається до неї. Ця помпа споживає 3,8 кВт·год електричної енергії. Як бачимо, при температурі –20˚С УТК складає всього 4,1/3,8=1,08, тобто помпа працює як звичайний електрокотел. При –7,8˚С (максимальній зимовій середньомісячній температурі) значення УТК – 6,35/3,8=1,67. Звичайно, існують значно дорожчі й ефективніші теплові помпи за  відповідно вищою ціною, але добре «витиснути» з помпи максимум можливого.

На рис. 2 наведено розподіл середньодобових зовнішніх температур повітря в опалювальний період 2005–2006 років. Можна вважати, що при температурі +7˚С УТК помпи вже задовільний і складає 10,7/3,8=2,8. Але протягом 129 днів опалювального сезону робота помпи неефективна, що спонукає до придбання ощаднішого або ж потужнішого пристрою.

Підвищення УТК даної теплової помпи можна досягти за допомогою простих допоміжних пристроїв. Наприклад, розмістивши теплову помпу всередині будинку та приєднавши її до ґрунтового теплообмінника, можна суттєво підвищити її УТК. На рис. 3 зображено в перерізі такий ґрунтовий теплообмінник. Він складається з повітряної шахти на відстані25 мвід будинку та однієї або кількох пластикових каналізаційних труб, закопаних на глибині2 м.  При швидкості повітря 0,5–1 м/с теплова енергія ґрунту добре передається холодному повітрю. Таким чином, на виході ґрунтового теплообмінника у підвалі будинку температура засмоктуваного повітря складає +5–+7˚С проти –20˚С на вході до шахти. Отже, за допомогою цього нескладного пристрою вдається суттєво збільшити УТК при тих самих витратах електроенергії. Слід зазначити, що температуру повітря у підвалі можна дещо підвищити, наприклад, при використанні повітряних сонячних колекторів або рекуперації тепла каналізаційної системи.

Аналіз кліматичних даних Львівщини показав, що протягом останніх 18 років середньомісячна температура грудня, січня, або ж лютого не перевищувала –7,8˚С. Для прикладу, у таблиці 1 наведено середньомісячну температуру зимових місяців протягом 2001–2006 років, а також усереднена місячна температура за цей період. Відповідно середні температури грудня, січня та лютого становлять –2,78, –4,14 і – 2,76˚С. При таких умовах є всі підстави сподіватися, що значення УТК помпи PARSW-040B буде становити не менше 3.

Таблиця 1

Середньомісячна температура зовнішнього повітря у 2001–2006 роках

Роки/місяці Листопад Грудень Січень Лютий Березень
2001–2002 +1,4 –6,5 –2,4 +3,5 +4,6
2002–2003 +5,1 –7,0 –3,8 –7,5 –1,0
2003–2004 +4,9 –0,1 –5,6 –1,5 +2,4
2004–2005 +3,5 +0,5 –1,1 –3,8 –0,1
2005–2006 +2,6 –0,8 –7,8 –4,5 –0,6
Усередненатемпература +3,5 –2,8 –4,2 –2,8 +1,1

Уточнені значення УТК  будуть одержані експериментальним шляхом при встановленні теплової помпи і ґрунтового теплообмінника.

 

Тепер перейдемо до типів обладнання, яке використовують для опалення.

В Україні, як зрештою й у всьому світі, ринок енергетичного обладнання постійно переформатовується. Провідні виробники газових котлів (наприклад «Віссман», «Вайлант», «Вольф») переходять на виробництво теплових помп, сонячних колекторів, котлів на тверде паливо, конденсаційних газових котлів і пристроїв тепловентиляції з рекуперацією повітря. Деколи пересічному користувачу складно розібратися у всіх тонкощах пропонованої техніки. Тому ми вважаємо за необхідне подати своєрідну класифікацію пропонованого обладнання та окреслити його можливості.

Сучасний ринок пропонує такі опалювальні пристрої:

Конденсаційні газові котли

Котли на тверде паливо

Електрокотли

Теплові помпи

Пристрої тепловентиляції з рекуперацією повітря

Зазвичай їх використовують у поєднанні з ґрунтовими теплообмінниками, сонячними колекторами, вітрогенераторами, що забезпечують дотаткові надходження енергії.

Окрім того, ефективне використання зазначеного вище обладнання залежить від утеплення даху, стін, фундаменту будинку, його орієнтації відносно сторін світу, площі вікон, особливостей ландшафту тощо.

В таблиці 2 подано конфігурації різних систем опалення з точки зору їх ефективності і використання додаткових енергетичних надходжень.

Таблиця 2

Сучасні системи опалення

Пристрій Ефективність Забруднення довкілля Додаткові надходження енергії Живлення
Теплова помпа Висока Немає Сонячні колектори, вітрогенератор, ґрунтовий теплообмінник Електроенергія
Електрокотел Середня (з використанням низьких тарифів на електроенергію) Немає Сонячні колектори, вітрогенератор Електроенергія
Газовий конденсаційний котел Висока Викиди СО, СО2 Сонячні колектори Газ
Котел на тверде паливо Нижче середньої Викиди СО, СО2 Сонячні колектори Дерево, торф, вугілля
Пристрій тепловентиляції з рекуперацією Висока Немає Сонячні колектори, вітрогенератор, ґрунтовий теплообмінник Електроенергія

 

Спробуємо узагальнити дані таблиці 2.

Теплова помпа є найбільш універсальним пристроєм, оскільки вона не створює шкідливих викидів, ефективно використовує електроенергію, може працювати як з водонагрівальною, так і повітряною системою опалення, використовує додаткові надходження теплової та електричної енергії. Тому залежність від постачальника електричної енергії можна усунути або послабити використанням вітрогенератора чи електричних сонячних панелей.

Ефективність електрокотла у 2–3 рази нижча порівняно з тепловою помпою. Для зменшення видатків на електроенергію його вигідно використовувати з акумулювальним водяним баком. Тоді електрокотел може працювати вночі при низьких тарифах на електроенергію. Наявність вітрогенератора може послабити залежність від постачальника електроенергії.

Газовий конденсаційний котел має дещо нижчу ефективність порівняно з тепловою помпою. Залежність від постачальника газу є 100–відсотковою. В майбутньому, з появою компактних установок на біогаз, ця залежність може бути послаблена або усунута.

Котел на тверде паливо є найменш ефективним пристроєм. Залежність від постачальника палива – 100%. Крім того, існують певні незручності при обслуговуванні котла (завантаження палива, його доставка, зберігання тощо).

Тепловентиляція з рекуперацією повітря так само є ефективною за рахунок використання рекуператора. Залежність від постачальника електроенергії можна послабити або усунути при використанні вітрогенератора. Головним недоліком систем вентиляції є складність усунення бактерій та вірусів. Але останнім часом розроблені ефективні іонізатори повітря з метою очищення вентиляційних каналів (наприклад, так звані кластерні фільтри, якими комплектують теплові помпи IVT).

 

Висновки

Європейська практика зведення енергозберігальних будинків передбачає вентиляцію приміщень. Тому використання  теплових помп «повітря-повітря» та тепловентиляційних систем є найдоцільнішим, оскільки відпадає необхідність в радіаторах, трубах тощо. Як допоміжний пристрій опалення можна використати камін, що легко інтегрується в систему повітряного обігрівання.

Юрій Дудикевич, к.т.н. (м. Львів)

One thought on “Опалення енергонезалежних будинків

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*


5 − = three

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>