Инновации → Энергоэффективность
Одной из принципиальных характеристик проекта, определяющей его привлекательность для инвестиций и потребителя, является его энергоэффективность, не зависящая от подключения к газовым сетям. Ниже даётся ответ на вопрос: каким образом при отсутствии подключения к газу, используя только электричество, достигается снижение расходов на отопление.
Сразу отметим, что несмотря на высокие теплоизоляционные качества применяемых материалов, а также ряд конструктивных решений уменьшающих потери тепла, основной эффект достигается в другом месте. Поэтому в этом разделе теплоизолирующие качества дома не рассматриваются.
Если сравнивать два одинаковых дома один из которых отапливается с помощью газа, а другой электрическими нагревателями, то в денежном выражении первый дом будет экономичней второго по затратам на отопление в 8–10 раз. Каким же образом можно добиться результата, при котором дом, к которому подведено только электричество будет экономичней дома, отапливаемого газом? Эта задача решается комплексным применением трёх систем:
- теплонасоса;
- тёплого пола;
- аккумулятора тепла.
В данном проекте предусмотрено применение теплонасосного оборудования для отопления дома. Суть работы теплонасоса заключается в перемещении тепловой энергии от низкотемпературного источника (грунт, вода, воздух) в область более высоких температур (в дом). Т. е. подводимая к теплонасосу электрическая энергия тратится в основном не на выработку тепла, а на работу по его перемещению из одного места в другое. Принцип действия теплонасоса состоит в следующем:
1. Охлажденный теплоноситель, проходя по внешниму трубопроводу нагревается на несколько градусов
2. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладоагентом. Хладоагент, имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при низком давлении и температуре -5°С.
3. Из испарителя газообразный хладоагент попадает в компрессор, где он сжимается до высокого давления и высокой температуры.
4. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник, конденсатор. В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладоагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.
5. При прохождении хладоагента через редукционный клапан давление понижается, хладоген попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.
С каждого подведённого к теплонасосу киловатта электроэнергии можно получить от 2 до 7 киловатт тепла. От чего зависит КПД теплонасоса?
Главным фактором, определяющим КПД теплонасоса является разница температур между источником тепла и температурой, которая снимается с нагревательного элемента. Чем эта разница меньше, тем КПД выше. Таким образом, для того чтобы максимально повысить эффективность применения теплонасоса, необходимо,
В проекте «Новый дом» реализованы по максимуму оба эти условия обеспечивающие получение максимального КПД теплонасоса.
В качестве источников тепла для теплонасоса могут выступать: наружный воздух, вода близ лежащих водоёмов или рек, незамерзающих зимой, либо земля. Тепло земли можно снимать как с уровня в 1,5 — 2 метра, путём укладки трубопроводов первого контура теплонасоса в отрытые траншеи, так и через скважины, которые бурятся на глубину от 30 до 200 метров.
Самым стабильным источником тепла с самой высокой температурой в зимний период являются недра земли на глубине более 10 метров. На этой глубине температура в течение года является практически постоянной и составляет около 8–10 градусов по Цельсию. В проекте «Новый дом» используется именно этот источник тепла.
Однако этот способ имеет один недостаток. Бурение скважин является затратным процессом и требует больших вложений, которые для большей части населения страны могут оказаться непозволительными. В данном Проекте реализовано техническое решение, позволяющее в несколько раз снизить стоимость укладки трубопроводов на глубины более 10 метров. Это решение подробно описано в разделе Прокладка трубопроводов для теплонасоса
Другое решение, позволяющее повысить КПД использования теплонасоса — это применение тёплых полов вместо радиаторного отопления. Дело в том, что при радиаторном отоплении используется температура теплоносителя (воды) порядка 50–60 градусов. В тёплых полах же достаточно иметь температуру теплоносителя для нагрева пола около 30–35 градусов.
Таким образом, применение тёплых полов и использование тепла земли с глубин более 10 метров обеспечивают максимальное повышение КПД теплонасоса, которое в данном случае будет не хуже 400%.
Следующим решением, позволяющим повысить ещё более энергоэффективность дома, является применение теплоаккумуляторов. Если использовать ночное время, когда электричество стоит в несколько раз дешевле, для того чтобы запастись теплом, то днём теплонасос может не работать. В качестве теплоаккумулятора предлагается использовать Сульфит натрия. Брикеты с сульфитом натрия укладываются непосредственно между ригелями перекрытий одновременно с монтажом тёплого пола перед заливкой бетонной «полки».
Итак, теплонасосная система даёт на 1 кВт электричества минимум 4 кВт тепла. Если теплонасос работает только ночью, когда электричество стоит в 2,5–4 раза дешевле, то затраты на отопление дома построенного по проекту «Новый дом» будут минимум в 10–15 раз меньше дома отапливаемого через превращение электричества в тепло напрямую. Сравнивая теперь затраты на отопление дома с газовым оборудованием и дома, построенного по проекту «Новый дом» получаем в худшем случае равные затраты.
Если учесть, что в доме, использующем отопление через тёплые полы в сравнении с радиаторным отоплением, средняя температура воздуха может быть на 2–3 градуса меньше при одинаковым уровнем комфорта, за счёт более благоприятного распределения температуры в комнате, имеем добавочную экономию ещё порядка 15–20%.
Таким образом, можно сделать заключение: решения, применяемые в проекте «Новый Дом», как минимум делают затраты на отопление равными затратам на отопление дома отапливаемого газом. В среднем же, эти расходы будут в 1,5 раза ниже.