© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2006. Фото: Geothermal Heat Pump Consortium (NREL PIX) Учебный курс: анализ проектов с использованием чистой. - презентация

1 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Фото: Geothermal Heat Pump Consortium (NREL PIX) Учебный курс: анализ проектов с использованием чистой энергии Анализ проектов с тепловыми насосами, использующими теплоту грунта Бизнес-центр в Филадельфии, США – 28 насосов для отопления и охлаждения

2 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Цели Проанализировать основные аспекты систем с тепловыми насосами, использующим теплоту грунта Проанализировать основные аспекты систем с тепловыми насосами, использующим теплоту грунта Проиллюстрировать ключевые принципы анализа проектов с использованием тепловых насосов (ТН) Проиллюстрировать ключевые принципы анализа проектов с использованием тепловых насосов (ТН) Представить модуль программного обеспечения RETScreen ® для расчета проектов с использованием ТН Представить модуль программного обеспечения RETScreen ® для расчета проектов с использованием ТН

3 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Отопление Отопление Охлаждение Охлаждение Горячую воду Горячую воду Прочные фундаменты на вечной мерзлоте Прочные фундаменты на вечной мерзлоте …а также… Эффективность Меньше ухода за оборудованием Меноьше пространства для установки Низкие эксплуатационные расходы Что обеспечивают системы с ТН? Стабильная мощность Комфорт и качество воздуха Уменьшение пиковой электрической нагрузки при кондиционировании воздуха Фото: Solar Design Associates (NREL PIX) Дом Impact 2000, Массачусетс, США Тепловой насос в жилом доме

4 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Соединение с землей Тепловой насос, использующий теплоту земли Грунтовые воды Поверхностные воды 2. Тепловой насос, использующий теплоту жидкости 3. Субсистема, распределяющая отопление/охлаждение в помещении Обычный воздуховод Компоненты систем с ТН 1 2 3

5 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Тепловой насос, использующий теплоту жидкости Тепловой насос с передачей тепла от воды к воздуху Тепловой насос с передачей тепла от воды к воздуху Меняет направление Меняет направление Охлаждение - 3,5- 35 кВт на единицу оборудования Охлаждение - 3,5- 35 кВт на единицу оборудования Несколько установок для больших зданий Несколько установок для больших зданий Избыточное тепло после компрессии нагревает воду через пароохладитель Избыточное тепло после компрессии нагревает воду через пароохладитель Испаритель Конденсатор Компрессор Расширительный клапан Низкое давление, жидкость при низкойтемпературе Высокое давление, жидкость при высокой температуре Высокое давление, высокотемпературный пар Низкое давление, низкотемпературный пар

6 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Типы соединения с землей Вертикальное (ТН с грунтовым теплообменником) Скалистая почва Более дорогой Используется мало земли Высокий КПД Горизонтальное (ТН с грунтовым теплообменником) Используется большая часть земли Не так дорого Небольшие здания Темпер. меняется Грунтовые воды (ТН, использующий теплоту грунтовых вод) Водоносный слой+впрыскивание Самый дешевый Законодательная база Засорение А также теплообменники поверхностных вод и вертикальные теплообменники А также теплообменники поверхностных вод и вертикальные теплообменники

7 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Источник тепла для ТН: температура грунта Грунт поглощает примерно половину падающей солнечной энергии Грунт поглощает примерно половину падающей солнечной энергии Грунт смягчает колебания температуры Грунт смягчает колебания температуры Насос, использующий теплоту грунта, более эффективен С увеличением глубины колебания температуры уменьшаются С увеличением глубины колебания температуры уменьшаются На глубине более 15 м они ничтожно малы Температура грунта в данной местности зависит от климата, растительного и снежного покрова, уклона, свойств почвы и т.д. Температура грунта в данной местности зависит от климата, растительного и снежного покрова, уклона, свойств почвы и т.д. График: Canadian Building Digest ЗИМА ЛЕТООСЕНЬ ТЕМПЕРАТУРА, F ТЕМПЕРАТУРА, C

8 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Примеры затрат на систему с ТН Субсидии коммун.служб в случае низкой пиковой нагрузки на кондиционирование воздуха Субсидии коммун.служб в случае низкой пиковой нагрузки на кондиционирование воздуха Фото: Suomen Lämpöpumpputekniikka Oy Фото: GeoExchange Consortium Увеличение затрат на электроэнергию Увеличение затрат на электроэнергию Экологические факторы Экологические факторы Кондиционирование воздуха - преимущество Кондиционирование воздуха - преимущество

9 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Основные аспекты проектов с тепловыми насосами Наиболее выгодно, если : Наиболее выгодно, если : Требуется отопление и охлаждение Большие сезонные колебания температуры Новое здание или замена системы кондиционирования Для отопления: низкая цена на электроэнергию и высокие цены на газ и мазут Для охлаждения: высокая цена на электроэнергию и дополнительная оплата за пиковую нагрузку Использование траншейного и бурильного оборудования Использование траншейного и бурильного оборудования Неясность относительно затрат на установку теплообменника Неясность относительно затрат на установку теплообменника Критерии заказчика относительно эффективности Критерии заказчика относительно эффективности Фото: Craig Miller Productions and DOE (NREL PIX) Установка ТН Разбивка для теплообменника, коммерческое здание

10 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Примеры: Австралия, Германия и Швейцария Системы в жилых зданиях Дома высокого класса Дома высокого класса Большие капиталовложения Долгая окупаемость Экологические преимущества или комфорт Субсидии коммунальных служб могут быть значительным фактором Субсидии коммунальных служб могут быть значительным фактором Фото: Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V. Фото: GeoExchange Consortium Фото: Eberhard & Partner AG Тепловой насос, использующий теплоту подземных вод, мощн. 20 кВт, Германия Установка для бурения вертикальной скважины, жилой дом в Швейцарии 320 квартир, Южная Австралия

11 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Примеры: Великобритания и США Системы в коммерческих зданиях Часто требуется короткий срок окупаемости (< 5 лет) Часто требуется короткий срок окупаемости (< 5 лет) Нехватка земли может оказаться проблемой Нехватка земли может оказаться проблемой Используется меньше внутреннего пространства Используется меньше внутреннего пространства Простое распределённое управление Простое распределённое управление Меньше риск вандализма Меньше риск вандализма Меньше оплата за пиковую нагрузку Меньше оплата за пиковую нагрузку Не нужно вспомогательное отопление Не нужно вспомогательное отопление Фото: Groenholland B.V. Фото: Marion Pinckley (NREL PIX)Фото: International Ground Source Heat Pump Association Квартал, Кентукки, США АЗС, Канзас, США Коммерческое здание, г. Кройдон, Великобритания

12 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Примеры: Канада и США Здания организаций Допускается долгая окупаемость Допускается долгая окупаемость Более открыты для инновационных систем Более открыты для инновационных систем Одновременно отопительная и охладительная нагрузки Одновременно отопительная и охладительная нагрузки Фото: Robert R. Jones/Oklahoma State University (NREL PIX) Прокладка траншеи для горизонтального теплообменника Школа, Квебек, Канада Фото: Natural Resources Canada

13 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Модуль программного обеспечения RETScreen ® для расчета проектов с теплонасосами, использующими теплоту грунта Анализ производства энергии во всем мире, затрат за срок службы и уменьшения выбросов парниковых газов Анализ производства энергии во всем мире, затрат за срок службы и уменьшения выбросов парниковых газов Горизонтальный и вертикальный замкнутый контур Незамкнутый контур грунтовых вод Жилые, коммерческие, организационные и промышленные здания ПО в настоящее время не учитывает: ПО в настоящее время не учитывает: ТН, использующие тепло поверхностных вод Длительную термальную неустойчивость грунта Одновременное отопление и охлаждение (только крупная нагрузка) Нагрев воды

14 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Ввод данных о системе с ТН Ввод данных о здании Ввод погодных данных Сравнить нагрузку и температуру, спроектировать нагрузки и точки равновесия Сгенерировать температурные интервалы и рассчитать температуру грунта Оценить размеры контура или потока грунтовых вод Оценить установленную мощность теплового насоса Рассчитать тепловую нагрузку здания в каждом интервале Оценить действительную производительность и мощность теплового насоса в каждом интервале Рассчитать дополнительную потребность в отоплении и охлаждении и ежегодное использование системы с ТН (отопление и охлаждение) См. электронный учебник Анализ проектов с использованием чистой энергии: Инженерные расчеты RETScreen ® и примеры Глава: Анализ проектов с тепловыми насосами, использующими теплоту грунта Расчет тепловой энергии ТН в программном модуле RETScreen ®

15 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Пример из модуля RETScreen ® для расчета проектов с использованием ТН Потребление электроэнергии: сравниваются результаты программы и результаты, полученные на основе наблюдений Потребление электроэнергии: сравниваются результаты программы и результаты, полученные на основе наблюдений Сравниваются результаты расчета длины грунтового теплообменника, выполненные программой расчета по 6 параметрам и программой математического моделирования Сравниваются результаты расчета длины грунтового теплообменника, выполненные программой расчета по 6 параметрам и программой математического моделирования -5%14124%16017%3440%14129%16029%344Реальное кол-во -12% -18% -2% 5% -19% -12% -6% -14% 2% 9% -11% -4% * Расчет на 1 год используется для сравнения с RETScreen RETScreen и Energy Use RETScreen и Descriptive Среднее для других программ Комм.здание Небраска Жилой дом 2 Висконсин Жилой дом 1 Луизиана Комм.здание Небраска Жилой дом 2 Висконсин Жилой дом 1 Луизиана Расчет на 10 лет*Расчет на 1 год Программа

16 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Выводы ТН обеспечивают отопление, охлаждение и нагрев воды ТН обеспечивают отопление, охлаждение и нагрев воды Грунт смягчает колебания температуры и обеспечивает высокую эффективность ТН Грунт смягчает колебания температуры и обеспечивает высокую эффективность ТН Первоначальные вложения в ТН выше, но затраты на эксплуатацию и ТО ниже Первоначальные вложения в ТН выше, но затраты на эксплуатацию и ТО ниже Наиболее выгодно использовать в климате, в котором необходимы как отопление, так и охлаждение RETScreen оценивает: RETScreen ® оценивает: Частоту разброса наружных температур Тепловую нагрузку в здании в зависимости от наружной температуры Ежегодную экономию тепловой энергии и энергии, затрачиваемой на охлаждение ПО RETScreen ® проводит ежегодный анализ с точностью, сравнимой с математическими моделями ПО RETScreen ® проводит ежегодный анализ с точностью, сравнимой с математическими моделями ПО RETScreen ® может значительно сэкономить затраты на проведение предварительного технико-экономического обоснования проекта ПО RETScreen ® может значительно сэкономить затраты на проведение предварительного технико-экономического обоснования проекта

17 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Вопросы? Модуль программного обеспечения RETScreen ® для анализа проектов с насосами, использующими теплоту грунта Учебный курс RETScreen ® : анализ проектов с использованием чистой энергии Более подробную информацию вы можете узнать на Интернет-сайте RETScreen: