Система теплоснабжения теплоавтономного дома

Представлена рациональная схема энергетического обеспечения отопления и горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома на основе круглогодичного использования энергии, воспринимаемой солнечными коллекторами, расположенными на данном доме, и сезонного грунтового аккумулятора, размещенного под часть...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
1. Verfasser:	Накорчевский, А.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2009
Schriftenreihe:	Промышленная теплотехника
Schlagworte:	Нетрадиционная энергетика
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60698
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Система теплоснабжения теплоавтономного дома / А.И. Накорчевский // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 67-73. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60698
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-606982025-02-09T13:48:59Z Система теплоснабжения теплоавтономного дома A system of heat supply of a heat-autonomous house Накорчевский, А.И. Нетрадиционная энергетика Представлена рациональная схема энергетического обеспечения отопления и горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома на основе круглогодичного использования энергии, воспринимаемой солнечными коллекторами, расположенными на данном доме, и сезонного грунтового аккумулятора, размещенного под частью здания. Запропоновано раціональну схему енергетичного забезпечення опалення та гарячого водопостачання багатоповерхового житлового будинку, що протягом року використовує енергію, яка сприймається сонячними колекторами, розташованими на цьому домі, та накопичується у ґрунтовому акумуляторі, що міститься під частиною будинку. We present a rational scheme of the energy ensuring of heating and hot watersupply of a high-rise dwelling house, which, for a year, uses the energy perceived by solar collectors located on this house, and a seasonal soil accumulator, placed under a part of the building. 2009 Article Система теплоснабжения теплоавтономного дома / А.И. Накорчевский // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 67-73. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60698 662.997 ru Промышленная теплотехника application/pdf Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Нетрадиционная энергетика Нетрадиционная энергетика
spellingShingle	Нетрадиционная энергетика Нетрадиционная энергетика Накорчевский, А.И. Система теплоснабжения теплоавтономного дома Промышленная теплотехника
description	Представлена рациональная схема энергетического обеспечения отопления и горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома на основе круглогодичного использования энергии, воспринимаемой солнечными коллекторами, расположенными на данном доме, и сезонного грунтового аккумулятора, размещенного под частью здания.
format	Article
author	Накорчевский, А.И.
author_facet	Накорчевский, А.И.
author_sort	Накорчевский, А.И.
title	Система теплоснабжения теплоавтономного дома
title_short	Система теплоснабжения теплоавтономного дома
title_full	Система теплоснабжения теплоавтономного дома
title_fullStr	Система теплоснабжения теплоавтономного дома
title_full_unstemmed	Система теплоснабжения теплоавтономного дома
title_sort	система теплоснабжения теплоавтономного дома
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Нетрадиционная энергетика
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60698
citation_txt	Система теплоснабжения теплоавтономного дома / А.И. Накорчевский // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 67-73. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT nakorčevskijai sistemateplosnabženiâteploavtonomnogodoma AT nakorčevskijai asystemofheatsupplyofaheatautonomoushouse
first_indexed	2025-11-26T12:37:56Z
last_indexed	2025-11-26T12:37:56Z
_version_	1849856557611745280
fulltext	ческих процессов в задачах длительного сезонно; го аккумулирования теплоты в грунтовом масси; ве определены зависимости и характеристики единичных элементов системы грунтового акку; мулятора. Установлено, что максимальный тем; пературный перепад по длине канала составляет 1,8 К, а распределение температурного поля сви; детельствует об эффективности применения теп; лообменников для отбора теплоты грунта. ЛИТЕРАТУРА 1. Viessmann. Системы тепловых насосов. Инструкция по проектированию. (5829 122;2 GUS 2/2000). 2. Накорчевский А.И. Динамика разрядки теп; лового аккумулятора в неограниченном грунтовом массиве // ИФЖ. – 2005. – Т.78, №6. – С.70 – 77. 3. Теплотехнический справочник. Том 2. Из; дание 2;е, переработанное. – М: “Энергия”, 1976. – 896 с. 4. Басок Б.І., Воробйов Л.Й., Михайлик В.А., Луніна А.О. Теплофізичні властивості природного ґрунту // Пром. теплотехника. – 2008. – Т. 30, № 4. – С. 77 – 85. 5. http://www.hladonositeli.ru – Основные ха; рактеристики 15, 33 и 39%;ных водных растворов полипропиленгликоля. 6. ГОСТ 26996&86. Полипропилен и сополи; меры пропилена. Получено 14.10.2008 г. ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 67 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Запропоновано раціональну схему енергетичного забезпечення опалення та гарячого водопостачання багатопо: верхового житлового будинку, що про: тягом року використовує енергію, яка сприймається сонячними колекторами, розташованими на цьому домі, та нако: пичується у ґрунтовому акумуляторі, що міститься під частиною будинку. Представлена рациональная схема энергетического обеспечения отопле: ния и горячего водоснабжения много: этажного жилого дома на основе круг: логодичного использования энергии, воспринимаемой солнечными коллек: торами, расположенными на данном доме, и сезонного грунтового аккумуля: тора, размещенного под частью здания. We present a rational scheme of the energy ensuring of heating and hot water: supply of a high:rise dwelling house, which, for a year, uses the energy per: ceived by solar collectors located on this house, and a seasonal soil accumulator, placed under a part of the building. УДК 662.997 НАКОРЧЕВСКИЙ А.И. Институт технической теплофизики НАН Украины СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ТЕПЛОАВТОНОМНОГО ДОМА e – удельная воспринимаемая теплота; q – плотность теплового потока; N – мощность; T – температура; t – время; S – площадь; V – объем; β, η – коэффициенты; τ – интервал времени; Э – эффективность. Индексы: а – аккумулятор; в – вода; вз – воздух; г – горячий; к – конец; мес – месяц; н – начало; ос – основной; от – отопление; В связи с прогрессирующим удорожанием газа и нефтепродуктов возникает настоятельная не; обходимость перехода к нетрадиционным и без; отходным источникам энергии. Требование без; отходности становится с каждым годом все более актуальным, поскольку мировой энергети; ческий кризис сопровождается необратимым ухудшением экологической обстановки. Поэто; му упование на усовершенствованные техноло; гии использования (вместо газа) каменного угля и органики различного происхождения (бурый уголь, древесные опилки, биогаз и т.д.), продуци; рующих при их добыче и сжигании побочные продукты, окажется в конечном итоге несостоя; тельным. Почему;то в Украине не обращают должного внимания на наличие повсеместно доступного энергетического источника, отвеча; ющего самым строгим экологическим требова; ниям, – солнечной инсоляции. В работах [1, 2 и др.] предлагается использо; вать солнечную энергии для теплоснабжения многоэтажного дома. На крыше и поэтажных ко; зырьках (или стеновых панелях) размещаются солнечные коллекторы (см. рис. 1). Избыточная теплота летней инсоляции аккумулируется в грунте под зданием. В отопительный сезон эта теплота извлекается и посредством тепловых на; сосов используется для теплоснабжения дома. Тепловые насосы потребляют электроэнергии порядка 15% годовой теплопотребности дома (на отопление и горячее водоснабжение), что приво; дит к семикратной экономии энергии. Дом само; достаточен с точки зрения размещения необхо; димого оборудования. Он теплоавтономен, поскольку исключаются внешние тепловые сети и соответствующее коммунальное оборудование. В настоящей работе представлен более деталь; ный расчет внутренней системы теплоснабжения такого дома. В связи с тем, что интенсивность тепловосприятия солнечного излучения в север; ном полушарии Земли падает с увеличением ши; роты местности, ориентируемся на наихудший вариант – северные районы Украины (г. Киев). Расчет выполнен для 5;этажного 3;секционного жилого дома с размерами в плане А × В = 90 × 15 м при числе жителей 225 чел. Согласно [3], расход на отопление (180 суток) составляет 0,463 ГДж/(м2·год), что дает отопительную мощность Nот = 201,1 кВт. Согласно [4], норма горячего водоснабжения – 68 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА п – потребляемый; р – разрядка; с – солнце; с.к – солнечный коллектор; ср – средний; т – теплота; т.н – тепловой насос. Рис. 1. Чертеж жилого дома (вертикальный разрез): 1, 2, 9 – солнечные коллекторы, 3 – емкость системы горячего водоснабжения, 4 – теплоизоляционный щит, 5 – грунтовые теплообменники, 6 – грунтовый аккумулятор, 7 – емкость гидравлического насоса, 8 – тепловой насос. 105 л/(чел·сут), которой соответствует Nг.в = 54,7 кВт. Сведения о помесячной и дневной падающей ра; диации на наклонную под углом 35о к горизонту поверхности южной ориентации, длительности светового дня, средней температуре воздуха в те; чение светового дня определены по данным [5–7], представлены в табл. 1. Если просуммиро; вать падающие радиации за теплый период (ап; рель – сентябрь) и сопоставить их с такими же подсчетами за холодный период, то окажется, что последние составляют 37 % от первых. Поэ; тому было бы расточительным не использовать теплоту зимней солнечной активности. В этой связи представляется целесообразным организо; вать круглогодовое горячее водоснабжение не; посредственно от солнечных коллекторов, повы; шая температуру воды в тепловом насосе до требуемой, например Тг.в = 55 оС, что обеспечит температуру воды у потребителя порядка 50 оС. Тогда принципиальная схема теплоснабжения дома должна быть следующей (см. рис. 2). Она разделяется на три подсистемы: а) Грунтового ак; кумулирования, включающего элементы обору; дования 1, 3, 14, 12. б) Разрядки аккумулятора с элементами 1, 14, 11, 12, обеспечивающая теп; лоснабжение отопления. в) Теплоснабжения го; рячего водоснабжения 3, 4, 5, 15. Переход от ак; кумулирования к разрядке и наоборот осуществ; ляется манипулированием регулирующими вен; тилями 2 и 13. Эти подсистемы должны обеспе; чить функционирование системы отопления 9, 10, 11, 8 и системы горячего водоснабжения 7, 16, 15, 6. Для количественного анализа необходимо знать тепловоспринимающую способность сол; нечных коллекторов ηс.к [8] и мощность, потреб; ляемую тепловыми насосами Nт.н [9], которые можно определить по формулам: , (1) . (2) Здесь qc – плотность падающей радиации. Вто; рая зависимость используется в расчетах как для системы отопления (п = от), так и для горячего во; доснабжения (п = г.в). Для максимального извле; чения воспринятой солнечным коллектором теп; лоты необходимо стремиться к тому, чтобы температура промежуточного теплоносителя Тв была равна температуре окружающего воздуха Твз. п в т.н,п п п , 1,852 (п от,г.в) 273 T T N N T − = β β = = + ( )2 в взв вз с.к с с 0,826 3,68 0,011 T TT T q q −− η = − − ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 69 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Та б л . 1 . Падающая радиация, длительность инсоляции и средняя температура воздуха в течение светового дня по данным работ [5 – 7] Тогда минимизируются потери энергии в солнеч; ном коллекторе, и его КПД определяется оп; тической проницаемостью защитного стекла (ηс.к = 0,826). Такой режим легко осуществим для систем прямого горячего водоснабжения. Резуль; таты расчета по определению требуемой поверх; ности солнечных коллекторов и доли энергии β, подводимой к тепловым насосам горячего водос; набжения при обеспечении на выходе из них воды с Тг.в = 55 оС, даны в табл. 2. Как и следовало ожи; дать, наиболее неблагоприятным оказался декабрь, когда необходимо задействовать Sс.к,г.в = 1837 м2 солнечных коллекторов. Среднегодовое значение β оказалось равным 0,263, что дает среднегодовую мощность, подводимую к тепловым насосам горя; чего водоснабжения, Nт.н,г.в = 14,7 кВт, что почти в четыре раза меньше требуемой энергии на эти цели. В отличие от отопления, горячее водопотребле; ние весьма неравномерно в течение суток, о чем свидетельствует типичный график для благоустро; енного жилого дома, представленный на рис. 3 [10]. Согласно принятой схеме горячего водоснаб; жения, нагрев воды жестко связан с работой сол; нечных коллекторов. Минимальная длительность инсоляции приходится на декабрь. Распределение интенсивности прямой радиации во времени [5] удовлетворительно описывается синусоидой: , (3)н с с,max к н sin t t q q t t ⎛ ⎞− = π⎜ ⎟−⎝ ⎠ 70 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Рис. 2. Схема теплоснабжения жилого дома: 1 – грунтовой аккумулятор, 2 – регулирующие вентили, 3 – солнечные коллекторы, 4 – емкость теплосистемы горячего водоснабжения, 5 – насос теплосистемы горячего водоснабжения, 6 – емкость системы горячего водоснабжения, 7 – система горячего водоснабжения, 8 – емкость системы отопления, 9 – система отопления, 10 – насос системы отопления, 11 – тепловой насос системы отопления, 12 – насос системы аккумулирования�разрядки, 13 – регулирующие вентили, 14 – емкость системы аккумулирования�разрядки, 15 – тепловой насос системы горячего водоснабжения, 16 – насос системы горячего водоснабжения. ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 71 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА где tн, tк – соответственно начало и конец свето; вого дня. Тепловосприятие определяется умно; жением qс на КПД солнечного коллектора. Ре; зультат совместной подачи горячей воды и ее потребления иллюстрируется суточным интег; ральным графиком, построенным для декабря (рис. 4). Регулирующая емкость определяется максимальной разностью между интегральной подачей и интегральным водопотреблением. По данным рис. 4 эта разность приходится на 16 час суток и соответствует 43 % суточного расхода го; рячей воды. Таким образом, объем регулирую; щей емкости горячей воды должен быть . Обычно его распределяют между двумя;тремя танками. Как уже отмечалось, организация отопления подразделяется на два подцикла – сначала грунто; вое аккумулирование теплоты в течение 6 теплых месяцев (апрель – сентябрь), а затем извлечение ее в отопительный сезон с повышением до требуемой температуры тепловыми насосами. Несомненно, что с санитарно;гигиенической точки зрения необ; ходимо ориентироваться на отопление по системе “теплый пол” с температурой теплоносителя в пре; делах 25 ... 35 оС. Для обеспечения конечной темпе; ратуры теплоносителя порядка 30 оС достаточно на выходе из теплового насоса иметь Тот = 35 оС. Рассмотрим первый подцикл – грунтовое ак; кумулирование теплоты. Исходная температура грунтового массива Тм порядка 10 оС. Конечная температура основной области аккумулирования Тос вполне может быть ограничена 40 оС. Как по; казали многочисленные расчеты процессов акку; мулирования и извлечения теплоты [2], темпера; турный напор (Тв – Тос) обычно около ±7 оС (+ – при аккумулировании, – при разрядке) и ха; 3 г.в 0,43 0,105 225 10,2 мV = ⋅ ⋅ = Рис. 3. График суточного потребления горячей воды (в процентах от среднечасового расхода). Та б л . 2 . Площадь солнечных коллекторов Sc.к,г.в. и коэффициент β при Тг.в. = 55 оС рактер изменения Тос(t) близок к линейному. Тог; да легко могут быть вычислены среднемесячные значения Тв: (4) и соответствующие среднемесячные КПД солнеч; ных коллекторов по (1). Здесь τа – длительность аккумулирования. Результаты расчетов представ; лены в табл. 3. Итак, воспринятая теплота за сезон аккумулирования составит ес.к,а = 2,20·109 Дж/м2. Тогда требуемая площадь солнечных коллекто; ров для обеспечения отопления будет . (5) Определяющей величиной Sс.к,г.в для осуществ; ления горячего водоснабжения в летний период будет наибольшее ее значение, которое прихо; дится на апрель (см. табл. 2), и требуемая пло; щадь солнечных коллекторов для работы в лет; ний период составит . Поскольку для зимнего периода Sс.к,г.в = 1837 м2 оказалась больше подсчитанной выше, то имен; но это значение площади солнечных коллекто; ров и следует принять в качестве необходимого. Таким образом, в течение всего года, за исключе; нием декабря, площадь установленных коллекто; ров Sс.к будет несколько больше необходимой, что позволит осуществлять как ремонтные рабо; ты, так и иметь некоторый оперативный резерв. От; ношение Sс.к к жилой площади;брутто (5 × 90 × 15 м2) составит 0,27. При извлечении теплоты из грунтового акку; мулятора температура промежуточного теплоно; сителя Тв будет меньше температуры основной области аккумулирования Тос на 7 оС, и характер ее изменения во времени будет следующим: , (6) где τр – длительность разрядки аккумулятора (180 сут = 1,555·107 с). Подставив эту зависимость в (2) и осуществив интегрирование по времени, устанавливаем среднюю мощность потребляемой в р 30 33T t= − τ 2 с.к,т 1422 386 1808 мS = + = 2от от с.к,от с.к,а 1422 м N S e τ = = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ос а ос ос ср.мес ос ср,мес а в ср.мес ос ср,мес 0 0 , 7 T T T t T t T t T t τ − = + τ = + 72 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Рис. 4. Интегральный график подачи (кривая1) и потребления (кривая 2) горячей воды для декабря (в процентах от среднесуточного расхода). Та б л . 3 . Среднемесячные КПД солнечных коллекторов τс.к. тепловым насосом энергии для обеспечения не; обходимой температуры отопления по системе “теплый пол” Тот = 35 оС: . (7) Таким образом, расход энергии на отопление оказался почти в 10 раз меньше необходимого. Общая энергетическая эффективность отопле; ния и горячего водоснабжения теплоавтономно; го дома будет: , (8) что предопределяет шестикратное уменьшение потребляемой энергии. Вывод Предложенная схема теплоснабжения тепло; автономного жилого дома позволяет задейство; вать солнечные коллекторы и в холодную пору года и семикратно снизить расход энергии на отопление и горячее водоснабжение. ЛИТЕРАТУРА 1. Накорчевский А.И. Теплоавтономный дом как альтернатива коммунальной теплоэнергети; ке Украины // Энергосбережение. – 2007. – № 4. – С. 2–6. 2. Накорчевский А.И. Теоретические и прак; тические аспекты грунтового аккумулирования и извлечения теплоты. – К.: Наук. думка, 2008. – 150 с. 3. Посібник до Норм та вказівок по норму; ванню витрат палива та теплової енергії на опа; лення житлових та громадських споруд, а також на господарсько;побутові потреби в Україні. – КТМ 204 Україна 244;94. – Київ, 2004. – 44 с. 4. Глава СНиП II – 34 –76 “Горячее водос; набжение”. – М.: Стройиздат, 1978 – С. 279–304. 5. Справочник по климату СССР. Вып. 10. УССР. ч. I. Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние. – Л.: Гидрометеоиз; дат, 1966. – 124 с. 6. Справочник по климату СССР. Вып. 10, Ч.II. Температура воздуха и почвы. – Л.: Гидро; метеоиздат, 1967. – 608 с. 7. Кондратьев К.Я., Пивоварова З.И., Федоро& ва М.П. Радиационный режим наклонных пове; рхностей. – Л.: Гидрометеоиздат, 1978. – 216 с. 8. Системы тепловых насосов. Инструкция по проектированию. Viessmann. 2000. – 48 с. 9. Розенфельд Л.М., Ткачев А.Г. Холодильные машины и аппараты. – М.: Изд. торг. лит.,1960. – 656 с. 10. Хлудов А.В. Горячее водоснабжение. – М.: Госстройиздат, 1957. – 464 с. Получено 21.10.2008 г. от г.в от г.в 0,102 2 0,263 Э 0,158 2 N N N N + ⋅ = = + ⋅ 0 p от в от т.н,от от от р 1,852 273 0,102 T T dt T N N N τ − + = = τ ∫ ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 73 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Система теплоснабжения теплоавтономного дома

Institution

Ähnliche Einträge