Статьи и Информация

Обоснование применения «Теплового насоса»

Обоснование применения «Теплового насоса»

Экологическое и технико-экономическое обоснование применения технологии «теплового насоса» при выборе концепции автономного энергоцентра тепло/холодоснабжения (ГВС, отопление, кондиционирование) на примере горнолыжного курорта «Роза Хутор», г.СочиАдлерский район.

Горнолыжный курорт «Роза Хутор» располагается на территории Кавказского государственного биосферного заповедника, что предъявляет повышенные экологические требования к данному комплексу особенно в период эксплуатации. Одним из таких требований является вопрос о выбросах загрязняющих веществ (З.В.) при работе энергогенерирующих мощностей комплекса. Заложенная в проекте концепция обеспечения комплекса тепловой, холодильной энергией строится на традиционных технологиях:

- газовая котельная (Г.К.) для выработки тепла и холодильные машины (чиллеры) с градирнями для выработки холода. Работа газовых котельных большой мощности (по оценкам потребности всех комплексов курорта не менее 20 МВт тепла) сопровождается выбросом большого количества З.В., которые в месте расположения комплекса (узкое горное ущелье вдоль берегов реки Мзымта) и с учётом низкой ветровой «продуваемости» (зимой средняя скорость ветра 1,5 – 2,0 м/с) и пониженным действием компенсационных факторов в зимний период (отсутствие гроз, снижение зелёного покрова растительности, низкая облачность, туманы), приведут к значительному аккумулированию З.В. в окружающей атмосфере горнолыжного комплекса, что окажет негативное воздействие на природную сферу и снизит комфортную привлекательность курорта.

В целях «смягчения» или снятия указанных негативных факторов предлагается для комплексного обеспечения курорта тепловой и холодильной энергией применить прогрессивную, высокоэффективную, энергосберегающую, экологически чистую («ноль выбросов») технологию тепловых насосных установок (ТНУ) схемы «вода – вода».

Для применения тепловой насосной установки (ТНУ) указанной схемы в районе расположения курорта «Роза Хутор» имеются все необходимые условия:

- наличие стабильного источника низкопотенциального тепла (НПТ) в виде грунтовых вод, вод подруслового течения р. Мзымта (высокий дебит с т-рой воды выше +12С), а также сбросных вод системы очистных сооружений комплекса и т.п.;

- наличие ресурса электроэнергии, который заложен для работы проектируемых котельных и холодильных машин (чиллеров), его будет вполне достаточно для обеспечения работы ТНУ т.к. энергетическая эффективность ТНУ «вода-вода» в 1,5 – 2,0 раза выше эффективности чиллера с градирнями.

Помимо устранения фактора загрязнения воздушной атмосферы продуктами выхлопа от газовых котельных, переход на технологию теплового насоса (ТНУ) снимает необходимость строительства магистрального газопровода к рассматриваемому комплексу, что связано с сохранением от вырубки большого количества растительных массивов, нарушений земляного покрова и пересечений различных водяных источиков в виде горных ручьёв, рек и водоёмов и устранение других анти-экологических факторов, сопровождающих процесс строительства на значительных площадях зоны Кавказского биосферного заповедника.

Рассмотрим технико-экономическую целесообразность применения теплового насоса (ТНУ) на примере комплекса №1 курорта «Роза Хутор», включающего гостиницу №1(3*, 140ном., S=11 700 кв.м.), апарт-отель №8 (41 ном., S=4 100 кв.м.), апарт-отель №9 (111 ном.,S= 11 800 кв.м.) и автостоянку с торговыми «рядами» (S=11 200 кв.м.). Общая площадь отапливаемых (кондиционируемых) помещений составит порядка 25 000 кв.м.

В целях обеспечения комплекса теплом/холодом проектом предусмотрена установка на здании гостиницы №1 «крышной» газовой котельной в составе 2-х котлов «Rendamax R-3402» мощностью по 735 кВт каждый, т.е. общей мощностью 1470 кВт и в подвальном помещении – чиллера расчётной мощности.

Для обеспечения работы котельной необходимо проложить по территории комплекса газовые сети и получить спец.ТУ на размещение «крышной» котельной, кроме того необходимо от котельной проложить тепловые сети для передачи тепла к объектам комплекса.

Обеспечение работы чиллера потребует дополнительной площади на улице или на крыше здания для размещения градирни.

В случае применения теплового насоса (ТНУ) размещение тепловых насосов возможно в подвале каждого здания комплекса в зависимости от требуемой мощности, а подача теплоносителя (воды) заданной температуры по внутренним сетям, т.е. нет необходимости во внешних теплосетях.

Подача низкопотенциального тепла (НПТ) грунтовой воды возможна из скважин на прилегающих к зданиям территориях без организации санитарных зон т.к. вода забирается для технических целей, после снятия НПТ вода может быть использована для противопожарных или технических целей (полив газонов, мойка улиц, тротуаров, автомобилей и т.п.) и сброс воды возможен в ливнёвую канализацию.

Систему тепловых насосов (ТНУ) предлагается построить на базе нескольких «тепловых насосов» различной агрегатной мощности в целях повышения надёжности системы в целом и более широким диапазоном манёвра потребляемой эл. мощности, в зависимости от тепловой/холодильной нагрузки.

Монтаж оборудования энергоцентра на базе теплового насоса (ТНУ) можно проводить поэтапно, увеличивая мощность, по мере возрастания потребности объекта в тепле/холоде до проектной мощности.

Общая площадь для размещения тепловых насосов (ТНУ) во всех зданиях комплекса №1 составит не более 50 кв. м., причём оборудованиеможет быть размещено как по зданиям комплекса, так и по помещениям (подвальным, цокольным, на крыше или поэтажно).

Контроль и управление ТНУ полностью автоматизированы, возможно включение в общую систему диспетчеризации объекта. Система полностью пожаро-взрывобезопасна, малошумная и абсолютно экологически чистая.

Не требуется строительство отдельных зданий, газовых магистралей, дымовых труб, монтажа внешних теплосетей т.е. исключаются потери тепла при транспортировке.

Основное оборудования имеет большой межремонтный ресурс (более 15 лет).

В качестве основного оборудования могут быть предложены «тепловые насосы» фирм «Rhoss», «Lennox», «Mammoth» или других производителей.

Оценочно величина капитальных затрат на создание энергоцентра системы тепловых насосов (ТНУ) (мощностью 1,5 МВт) «под ключ», включая проектные работы, поставку оборудованиямонтажные и пуско-наладочные работы, составит порядка 1,1 – 1,3 млн. долларов США (в зависимости от выбора источника низкопотенциального тепла).

Оценки носят предварительный характер и будут уточнены в соответствии с техническим заданием Заказчика и в процессе выполнения проектных работ.

В качестве аналога предлагаются иллюстрации действующего гостиничного комплекса 4 звезды «ГАММА», п. Ольгинка, Туапсинский районКраснодарский край:

«В августе 2008 г.завершено строительство 4-х звёздочного комплекса гостиницы «ГАММА», где спроектирован, смонтирован и запущен в эксплуатацию энергоцентр, с использованием экологически чистой, пожаро-взрыво-безопасной, экономически и энергетически эффективной технологии «теплового насоса», общей тепловой мощностью 1,0 МВт, которая позволила решить вопросы отопления, горячего водоснабжения (ГВС) и кондиционирования гостиницы (S=13 000 кв.м, 200 номеров) и пяти отдельно-стоящих пятиэтажных спальных корпусов (S=7 400 кв.м, 150 номеров), в зоне семейного отдыха, без подвода газовой магистрали.

Данный проект, является одним из крупнейших на территории России, из реализованных российскими специалистами, с использованием технологии «теплового насоса».

Отель «Гамма», 4 звёзды, на 220 мест с культурно-вспомогательными и спортивными объектами, полезной площадью – 13 000 кв. м.

GAMMA

 Характеристики Отеля:

- площадь застройки – 1500 кв м

- инфраструктура отеля: холлы, крытый бассейн, SPA-центр тренажерный зал, мини-бары, рестораны, конгресс-центр единовременной вместимостью 700 мест, боулинг – 6 дорожек, номерной фонд «люкс-класса» .

- зона семейного отдыха: пять отдельно стоящих спальных корпусов общей вместимостью 150 номеров, общей площадью 7 400 кв.м.

5-ти этажные спальные корпуса выполнены в современном стиле, с использованием передовых строительных технологий. Номерной фонд (средства размещения) сертифицирован в СМК ИСО 9001-2000 на категорию «четыре звезды».

Энергоцентр комплекса «Гамма».

В энергоцентре комплекса «Гамма» установлены 8 тепловых насосов, фирмы RHOSS (Италия), общей тепловой мощностью 1,0 МВт, работающих по независимой друг от друга схеме, обеспечивая отоплениемкондиционированием и горячим водоснабжением все помещения инфраструктуры отеля «Гамма» (S=13 000 кв.м ) и 5 отдельно стоящих спальных корпусов (S=7 400 кв. м).

Всё оборудование энергоцентра размещено на площади ~ 50 кв.м.

Источником низкопотенциального тепла (НПТ) служит окружающий воздух (система съема НПТ состоит из 8-ми драйкуллеров, расположенных на крыше теплового пункта) и тепло грунтовой воды (система съема НПТ состоит из двух скважин, расположенных в зоне высотного здания).

Система теплопередачи состоит из трубопроводов, гидрострелок и циркуляционных насосов, расположенных на тепловом пункте, а также в техническом помещении блока.

Тепловые насосы укомплектованы штатными контроллерами управления работой и полностью обеспечивают заданные параметры. Учет отпущенного тепла выполнен на основе теплосчетчика «Мультикал».

Подача тепла/холода в помещения комплекса осуществляется посредством системы водяных фанкойлов, горячей воды – системой трубопроводов.

За трёхгодовую эксплуатацию энергоцентра построенного на базе «тепловых насосов» энергозатраты комплекса, только по электричеству, снизились ~ в 15 раз. Система тепловых насосных установок работает со средним КОП = 5,0.

gamma














Тепловые насосы
 «вода-вода».


gamma1














Теловой пункт.


Системы съёма низкопотенциального тепла.

gamma2

- от грунтовой воды (скважина и теплообменники);

gamma3

- от окружающего воздуха (драйкуллеры).

Сравнительный оценочный анализ вариантов создания автономного центра тепло/холодоснабжения (отопление, ГВС, кондиционирование) комплекса №1 горнолыжного курорта «Роза Хутор».


 

п/п

 

Наименование

показателей

Вариант решения на базе традиционной системы:

«Газовая котельная

+ чиллер-градирня»

Вариант решения на базе системы: 

«Тепловая насосная установка схемы «вода-вода»

 

1

2

3

4

                  5

1.

Потребная мощность

тепло/холодоснабжения

(ГВС,отопление, кондиционирование)

  

1,5 МВт

2.

 

 

 

 

Необходимое основное энерго-генерирующее оборудование.

Выработка тепла   (ГВС, отопление):

       - Газовая    

       котельная

1,5 МВт

       - ЦТП (ИТП)

     центральный  

(индивидуальные)  

     тепло-пункт(ы)

Выработка холода (кондиционирование)

         - Чиллер

   (компрессионный)

1,5 МВт

-   Градирня

Выработка   тепла/холода

(ГВС,отопление,   кондиционирование):

     - ТНУ (схемы

«вода-вода»)

             1,5 МВт

      - Система НПТ

(низкопотенциального  

   тепла – скважины   с

     грунтовой   водой)

3.

Необходимые   энерго-обеспечивающие коммуникации.

       - Газопровод

       - Электросеть

       - Электросеть

       - Электросеть

4.

Потребная   электрическая мощность

(собственных нужд

энергоцентра)

~ 30 кВт

(для газовой котельной + ИТП

на 1,5 МВт)

         ~ 550 кВт          

         (чиллер  

   компрессионный      

     + градирня)

   ~   350 кВт,             

ТНУ  схемы «вода-вода»

        + система НПТ

5.

 

 

Источник низко-потенциального   тепла (НПТ)

 

   -

 

-

Тепло грунтовой воды   (или др. водных источников),

с tв более +8C

и максимальным   расходом до

Gв = 130куб.м/час.

6.

 

Максимальное потребление   газа

Gг = 180куб.м/час

(котельная мощнос-

тью 1,5 МВт).

-

-

7.

Температура воды в   доводчиках тепла/холода:

- отопление;

- ГВС;

- кондиционирование

   + (65 – 70) С

   + (50 – 55) С

-

-

-

  +   (5 – 7) С

            + (65 –   70) С

             + (50 –   55) С

             + ( 5   – 7) С

8.

 

 

 

 

Примерная общая   стоимость капитальных затрат

на монтаж энергоцентра   (включая проект, поставку основного и дополнительного оборудования, монтажные   и пуско – наладочные работы)

               в   млн. $ US

0,8

(для газовой котельной   + ИТП

на 1,5 МВт)

1,4

(чиллер   компрессионный

         + градирня)

1,2 - 1,4

(в зависимости от   выбора источника НПТ) 

 

2,2

(при варианте   системы

«Газовая котельная   1,5 МВт + компрессионный чиллер, градирня)

+

(дополнительные расходы на подвод газовых   сетей и подключение, получение «лимитов» на газ, спец.ТУ, строительство и обустройство   внешних тепловых сетей строительство градирни, экологические   согласования и платежи за выбросы З.В.,оформление ОПО и др.)

 

       1,2 - 1,4

(в зависимости от   выбора источника НПТ) 

9.

 

 

 

Общая площадь энергоцентра

~ 50 кв.м

(для газовой

котельной

1,5 МВт)

    

    

    ~ 50 кв.м

(чиллер + градирня)

~ 50 кв.м

(оборудованиеэнергоцентра может быть размещено   как по зданиям комплекса, так и по помещениям (подвальным, цокольным, на   крыше или поэтажно).

Итого: ~100 кв.м

10.

    

 

Общий вес основного оборудования

 

~ 2,5 тн

(для газовой котельной   1,5 МВт)

  

~ 12,0 тн

(компрессионный чиллер+градирня)

 

        

      ~ 9,0 тн

         (ТНУ схемы

          «вода-вода»)

11.

 

Основные   качественные характеристики систем:

 

11.1. Площади для    

размещения основного

оборудования   энергоцентра

11.2.Система автоматики и диспетчеризации                          

11.3. Надёжность   системы

11.4. Экологичность

11.5. Взрыво-пожаро-опасность

11.6. Шумность

11.7. Капитальные сооружения (котельная, чиллерная, и др.)

внешние газовые и тепловые сети

11.8 Система дымоудаления

11.9. Рабочий ресурс

11.10. Обслуживание и эксплуатация







Требует большие площади для   размещения 
оборудования.

Более сложная (большая номенклатура оборудования)

Менее надёжная (более сложная)

Выбросы З.В. Отвечает нормативным требованиям

Высокая (горение газа, горячие части агрегатов)

Высокая (шум вентиляторов горелок и градирен)

Необходима замена горелок газовых котлов через ~ 5-7 лет работы

Дорогостоящее и технически сложное (специальный аттестованный   персонал по эксплуатации ОПО)

 

Оборудование может быть размещено как по зданиям комплекса, так и по   помещениям (подвальным, цокольным, на крыше или поэтажно)

Менее сложная

(однотипное оборудование)

Более надёжная

Абсолютно экологически чистая (нет продуктов горения)

Низкая(т-ра агрегатов  

           до +100 С)

Низкая (все агрегаты  

                   закрыты)

 

Отсутствуют

          

            Отсутствует

Более 15 лет

Менее затратное и   технически менее сложное

Оценки носят предварительный характер и будут уточнены в соответствии с техническим заданием Заказчика и в процессе выполнения проектно-изыскательских работ.

Сравнительная оценка себестоимости 1 Гкалл (1,163 МВт*час) тепловой/холодильной энергии, вырабатываемой системой «газовый котёл + чиллер-градирня» или тепловым насосом схемы «вода – вода» («топливная» энергетическая составляющая себестоимости).

Газовый котёл (выработка тепла):

Теплота сгорания природного газа составляет 7950 ккал/куб.м.

Для получения 1 Гкалл тепла необходимо сжечь 126,79 куб.м газа.

Реальный КПД системы «газовый котёл + горелка» равен 0,95 х 0,90 = 0,855, что потребует для получения 1 Гкалл тепла сжигания 126,79/0,855 = 147,12 куб.м газа.

Стоимость 1 куб.м газа на 01.05.2011г. для коммерческих потребителей в Сочи составляет 4,91 руб, т.е. стоимость газа для получения 1Гкалл тепла составит 147,12 х 4,91 = 722,37 руб.

Для работы газового котла мощностью 1Гкалл/час требуется 10 кВт*час электроэнергии.

Стоимость 1 кВт*час электроэнергии равна 3,06 руб, т.е. для газового котла дополнительно потребуется 30,6 руб.

Т.е. стоимость выработки 1Гкалл тепла газовым котлом составит 722,37 + 30,6 = 752,97 руб.

Чиллер-градирня (выработка холода):

Коэффициент холодильной эффективности системы чиллер-градирня составляет 3,0.

Для выработки 1Гкалл холода система чиллер-градирня потребует 387,7 кВт*час электроэнергии.

Т.е. стоимость выработки 1Гкалл холода системой чиллер-градирня составит 387,7 х 3,06 = 1186,36 руб.

Тепловой насос схемы «вода–вода» (выработка тепла/холода):

Коэффициент преобразования теплового насоса схемы «вода – вода» составляет 5,0.

Для выработки 1Гкалл тепла/холода тепловой насос потребует 232,6 кВт*час электроэнергии.

Т.е. стоимость выработки 1Гкалл тепла/холода тепловым насосом составит 232,6 х 3,06 = 711,75 руб.

Но в «летний» период года тепловой насос обеспечит выработку тепла на нужды ГВС, что составит не более 20% его мощности, т.е. потребует всего 46,5 кВт*час электроэнергии и обеспечит «выработку» холода в режиме «пассивного кондиционирования» (т.е. сброс тепла из зданий идёт через теплообменник на грунтовую воду с температурой менее +20С, минуя тепловой насос) на что потребуется порядка 10 кВт*час электроэнергии, т.е. общее энергопотребление для выработки 1Гкалл тепла/холода составит не более 60 кВт*час, а общая стоимость потреб лённой электроэнергии составит всего 60 х 3,06 = 183,60 руб.

Примечания:

- Как показывает опыт эксплуатационные издержки газовых котельных примерно в 4-е раза превышают издержки при эксплуатации тепловых насосов.

- Прогнозируемый рост стоимости 1 куб.м. газа для потребителей «горного кластера» будет в 3 – 4 раза выше, чем для потребителей в приморской части города Сочи.

- Прогнозируемый рост стоимости 1 кВт*час электрической энергии для потребителей «горного кластера» будет в 1,5 - 2 раза выше, чем для потребителей в приморской части города Сочи.

- Внедрение прогрессивных, энергоэффективных, энергосберегающих технологий, использующих возобновляемые ресурсы провозглашено Президентом России приоритетным направлением в энергетике и закреплено в Федеральных Законах: №35 - ФЗ от 26.03.2003г. «Об электроэнергетике», №261 – ФЗ от 23.11.2009г. «Об энергоэффективности и энергосбережении», №190 – ФЗ от 27.07.2010г. «О теплоснабжении», а так же предписаны к исполнению в «Технических требованиях ГК «Олимпстрой» к строящимся олимпийским объектам по программе «СОЧИ – 2014». 

Навигация

Наши социальные сети

Image
354071, Россия Краснодарский край г.Сочи

Контактный телефон

+7 (918) 402-75-96

Электронная почта :

Cоциальные сети :