Инженерная инфраструктура
КАДЦЫН И.И., СТАРИКОВ А.П., ВЕДРУЧЕНКО В.Р.
Применение теплотрансформаторов отопления при реконструкции (строительстве) зданий и сооружений в условиях плотной
городской застройки
Термальная энергетика – один из альтернативных источников тепловой энергии, электроэнергетической отрасли. В настоящее время одним из приоритетных направлений развития энергетики в России являются энергосбережение и эффективное использование топливноэнергетических ресурсов. Потребность в высокой отраслевой производительности вызвана необходимостью снижения эксплуатационных затрат на отопление зданий и сооружений, уменьшение истощения природных ресурсов экосистем (природного капитала), обострение экологических проблем в крупных промышленноурбанизированных городских территориях [3].
Высокая конкуренция, соперничество в бизнессреде заставляет собственников предприятий искать варианты снижения различных издержек, влияющих на себестоимость изготавливаемой продукции. Эксплуатационные затраты (отопление, электроснабжение, водоснабжение и водоотведение) зданий и сооружений являются одним из основных расходов предпринимателей. Внедрение современных материалов и технологий позволяет существенно снизить содержание (эксплуатацию) объектов капитального строительства, что в конечном счете существенно повышает конкурентные преимущества не только по месту нахождения бизнеса, но и далеко за пределами региона.
Промышленный и экологический курс в настоящее время является одним из главных стратегических направлений в государственной политике нашей страны. Таким образом, необходимы такие решения по развитию промышленности, которые будут способствовать уменьшению экологического вреда, а также способствовать природоохранным мероприятиям при развитии (модернизации) предприятий [4].
Внедрение низкопотенциальной тепловой энергии грунта, воздуха, воды, хозяйственнобытовых стоков, шахтных вод, промышленных сбросов и прочих ресурсов является одним из наиболее актуальных малоиспользуемых источников тепловой энергии, преобразование которой позволяет без изменения (реконструкции) существующей инженерной инфраструктуры отапливать новые промышленные, административные, жилые объекты, не используя дополнительные топливноэнергетические ресурсы.
В качестве низкотемпературных источников тепла могут использоваться [1]:
а) повторные (побочные) энергетические ресурсы:
– тепло вентиляционных выбросов,
– тепло канализационных стоков,
– сбрасываемая теплота технологических процессов
(пар, вода) и прочее;
б) нетрадиционные возобновляемые источники энергии:
– тепло окружающего воздуха,
– тепло грунтовых и геотермальных вод,
– теплота водоемов и природных водных потоков.
– теплота солнечной энергии и т.п.,
– теплота поверхностных и более глубоких слоев грунта.
В частности теплотрансформатор (тепловой насос) увеличивает температуру нагретого теплоносителя до необходимого комфортного уровня температуры. Существенным преимуществом применения геотермальной энергии является возможность использования системы в качестве отопления, в системе кондиционирования помещений всех типов зданий.
В качестве основного показателя результативности теплотрансформатора используется коэффициент преобразования СОР, равный отношению теплопроизводительности теплового насоса к мощности, потребляемой компрессором. В среднем (на основании анализа эксплуатируемого оборудования) эффективность работы такова: на 1 кВт затраченной электроэнергии можно получить 4 – 4,2 кВт тепла. Для оценки эффективности режима охлаждения применяется холодильный коэффициент EER, равный отношению холодопроизводительности теплотрансформатора к мощности, потребляемой компрессором.
Высокий рост популярности теплотрансформаторы получили во многом изза того, что тепловая энергия получается непосредственно на месте установки оборудования. При высокой экологичности рассматриваемые технологические решения обладают высокой степенью пожаро– и взрывобезопасности, так как отсутствуют процессы горения топлива и выбросы продуктов сгорания.
В сравнении с централизованными системами теплоснабжения при строительстве геотермального отопления исключаются проектноизыскательские работы по созданию протяженных тепловых сетей до потребителя, источник теплоснабжения располагается непосредственно на месте или в близком расположении от потребителя.
За последние годы в нашей стране значительно вырос интерес к теплонасосным технологиям, однако количество реализованных проектов невелико, что объясняется целым рядом климатических, социальноэкономических и технологических особенностей их применения.
При реализации проектов с применением геотермального отопления преимущественное распространение получили:
1. Горизонтальные грунтовые коллекторы.
Настоящее техническое решение применяется в европейской части России, где глубина промерзания грунта является минимальной. Конструктивное решение является наиболее дешевым и наиболее быстрым способом выполнения строительномонтажных работ.
2. Вертикальные грунтовые коллекторы.
Текущее решение является сравнительно дорогим способом использования тепловой энергии грунта вследствие необходимости выполнения геологической разведки территории, использования бурового оборудования, а также устройства обсадных труб на песчаных, просадочных грунтах. Вертикальные грунтовые коллекторы, с целью экономии площади, занимают достаточно малую площадь территории. Применение вертикальных коллекторов возможно чуть ли не во всех типах грунтов. Существенным преимуществом в сравнении с вертикальным решением является наличие локальных районов с существованием в грунте термальных водных источников (для Омской области ~2465 °С), что позволяет существенно повысить эффективность использования грунтовых коллекторов.
Высокая стесненность, плотность застройки в крупных промышленноурбанизированных городских территориях, отсутствие ресурсов подключения к существующим инженерным сетям обеспечения заставляют искать принципиально новые современные способы автономного обеспечения инженерными сетями проектируемых зданий и сооружений.
Виды инновационных способов применения геотермального отопления в несущих строительных конструкциях зданий и сооружений:
1. Энергетические буронабивные сваи.
Устройство конструкции выполняется по методу заливки бетонной смеси в установленный металлический каркас с закрепленными тепловым зондами в подготовленную буровую скважину. (Рис. 3)
2. Фундаментные стены и стены подвала.
Тепловые зонды в настоящей конструкции закрепляются в центральной части металлического каркаса – с последующей заливкой бетонной смеси. Применение текущего решения выполняется в глубоко заглубленных зданиях и сооружениях (не менее 6 м). (Рис. 4)
3. Железобетонные канализационные насосные станции.
Текущий вариант используется на промышленных предприятиях, имеющих в эксплуатации КНС. Благодаря высокой температуре неочищенных сточных вод (1624 °С) представленное решение имеет высокую актуальность в реализации проектов реконструкции или нового строительства. (Рис. 5)
Выводы:
В настоящее время в связи с истощением природных ископаемых, существенным ростом цен энергетических ресурсов, а также дороговизной подключения к существующим тепловым сетям необходимости строительства сетей подключения доказывают высокую актуальность применения современных нетрадиционных систем отопления для объектов капитального строительства.
Использование автономных теплотрансформаторов на территориях с высокой стесненностью, плотной застройкой в крупных промышленноурбанизированных городских территориях позволяет существенно снизить затраты на новых (реконструируемых) объектах строительства, напрямую снижая стоимость строительства за счет применения тепловых зондов в несущих строительных конструкциях.
Литература
1. Руководство по применению тепловых насосов с использованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии [Текст]/ Васильев Г.П., Хрустачев Л.В., Розин А.Г.//Правительство Москвы. Москомархитектура/ ГУП «НИАЦ» М. – 2001. С. 6.
2. Тепловые насосы в современной промышленности и коммунальной инфраструктуре [Текст] // ООО «Издательство «Перо». М. – 2017. С. 6.
3. Федеральный закон от 23.11.2009 № 261ФЗ (ред. От 27.12.2018) «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [Текст] – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_93978.
4. Распоряжение Правительства РФ от 13 ноября 2009 г. № 1715р. «Энергетическая стратегия России на период до 2030 г.» [Текст] – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_94054.
5. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли [Текст] / Васильев Г.П. / Издательский дом «Граница». – М. 2006. С. 6.
AiS 4(154) 2019
