Введение

Помимо простой и очевидной замены ламп существуют три основных способа сокращения затрат на энергоснабжение: уменьшение теплопотерь здания или теплотрассы, сокращение затрат на производство тепла и вторичное использование энергоресурсов.

Низкотемпературные источники тепла в городе без бурения: канализационные стоки и промышленные выбросы. 2/2018. Фото 1

В этой статье поговорим о последних двух способах. А конкретно — о тепловом насосе. В общем, тепловой насос — это устройство, способное использовать низкотемпературный источник тепла для отопления зданий и подготовки горячей воды. Это экономичный, экологичный и безопасный способ отопления без открытого пламени и высоких тепловых нагрузок. Основным недостатком теплового насоса является его высокая стоимость на первоначальных вложениях. Тем не менее, первоначальные затраты окупаются за несколько лет. Чем быстрее происходит окупаемость, тем более выгодным и экономически оправданным являются инвестиции в оборудование.

Для ускорения окупаемости необходимо соблюдать баланс между суммой вложений и экономичностью работы теплового насоса. В связи с этим технологическое решение по внедрению теплового насоса обязательно должно быть индивидуальным и прорабатываться в симбиозе заказчика и производителя тепловых насосов. При детальном анализе можно полностью уйти от бурения и нестабильности внешнего воздуха.

Источник тепла – рубашка охлаждения насосов «Транснефть» (реализация в Республике Марий Эл)

Объектом в данном случае является насосно-перекачивающая станция (НПС), основная задача которой — перекачивать нефть. Для этого применяются насосы с мощностями около 1 МВт. Выполняя работу, насосы нагреваются, и их охлаждение осуществляется с помощью циркулирующей воды. Когда температура рециркулирующей воды доходит до +35 °C, включается встроенный в систему охлаждения воздушный конденсатор, который выбрасывает данное тепло наружу. Внедрение тепловых насосов в такую систему потребовало детальных изысканий, чтобы минимизировать изменения, вызванные съёмом низкопотенциального тепла. Были встроены промежуточные пластинчатые теплообменники, которые забирают тепло охлаждающей воды. Контур-посредник между тепловым насосом и теплообменником был заполнен незамерзающей жидкостью.

Низкотемпературные источники тепла в городе без бурения: канализационные стоки и промышленные выбросы. 2/2018. Фото 2

Подобное решение полезно сразу в трёх направлениях:

1. Экономия на отоплении за счёт внедрения более эффективного источника — теплового насоса.

2. Обеспечение потребностей в отоплении (200 кВт) отдельно взятых помещений в межсезонье без запуска теплового насоса, что увеличивает ресурс котельной мощностью 2 МВт, работающей на нефти, в два-три раза.

3. Увеличение КПД работы магистральных насосов за счёт сокращения затрат на работу конденсатора и дополнительного охлаждения воды.

Источник тепла – итоговая вода очистных сооружений

Данный вид теплосъёма мало чем отличается от предыдущего описанного случая. Он интересен тем, что потенциал источника низкопотенциального тепла настолько велик, что мог бы отапливать целый жилой квартал по цене для потребителя 1500–2000 руб. за 1 Гкал, при себестоимости для поставщика 900–1100 руб. за 1 Гкал.

Источник тепла – канализационные стоки с высоким содержанием примесей. Разработка и внедрение бесконтактного испарителя прямого действия (БИПД)

В нашем случае существует способ снятия низкопотенциального тепла канализационных стоков. Решение использовать тепловой насос относится не только к энергосбережению, но и к утилизации вторичных энергетических ресурсов, что особенно важно для равновесия процессов производства и потребления тепла городом. По предварительной оценке, в среднем через одну канализационную насосную станцию (КНС) в час проходит 1–2 МВт тепловой энергии, которую несут в себе жидкие бытовые отходы. Однако, как известно, подобные стоки имеют высокое содержание твёрдых примесей (например, средств личной гигиены), а также сложно прогнозируемых агрессивных химических загрязнений.

На основании предыдущего опыта реализации подобных объектов было разработано уникальное техническое решение — бесконтактный испаритель прямого действия (БИПД). Он представляет собой накладки, состоящие из структурированной системы трубок. Теплосъёмные секции монтируются непосредственно на водовод без каких-либо механических врезок и изменений конструкций. Съём тепла происходит с поверхности источника за счёт кипения хладагента.

Эта схема реализована и эффективно работает уже на нескольких КНС Москвы. Она позволила сократить затраты в среднем в четыре раза с учётом создания более высоких температур в помещениях за счёт увеличения мощности источника тепла (до установки было электроотопление, ограниченное вводной мощностью).

Источник тепла – вытяжка ресторана.

Применение БИПД для вентиляции Ресторан — это круглогодичный потребитель и производитель тепла, но в реальности эти тепловые потоки с трудом поддаются использованию. Даже тепло, выделяемое в зоне производства работ, просто «выбрасывается в трубу» вытяжки. Его очень сложно освоить, потому что «выходной» воздух содержит большое количество жировых примесей, загрязняющих любой рекуператор. При этом в любом ресторане круглогодично требуется горячая вода, а кондиционеры производят тепло, которое также выбрасывается впустую. Но и здесь есть изящные технические методы решения проблемы.

Например, специально для сети ресторанов быстрого питания Burger King было разработано комплексное техническое решение, которое для нагрева горячей воды забирает тепло кондиционирования помещений, зоны технологий (работает даже при отрицательных температурах) и холодных комнат хранения продуктов, а избытки тепла перенаправляет в систему отопления. Чтобы увеличить надёжность системы и настроить её на бóльшую производительность, БИПД был интегрирован в вытяжную систему ресторана. Потенциала такого комплексного источника тепла круглогодично хватает для подготовки горячей воды. Задачей «номер один» сейчас является скорейшее получение пилотных данных о возможностях использования тепла вытяжки для нужд системы отопления.

На сегодняшний день в России зарегистрировано более 70 тыс. кафе и ресторанов. Это огромный неосвоенный рынок. Монтаж вышеописанной теплонасосной системы возможен и для отдельно стоящих зданий, и для ресторанов, находящихся в торговых центрах.

Низкотемпературные источники тепла в городе без бурения: канализационные стоки и промышленные выбросы. 2/2018. Фото 3

Заключение

Приведённые в статье решения особенно интересны к применению в черте мегаполиса. В них нет воздействия на инфраструктуру — ни шумового, ни механического. Зачастую они минимизируют существующие воздействия, например, убирают шум внешних воздушных конденсаторов. Многие подобные проекты могут быть реализованы также для метрополитена, энергоснабжающих предприятий, жилых домов и прочих организаций. Рынок показывает всё бóльшую готовность к принятию подобных решений. Их главная особенность — финансовая удовлетворённость заказчика, который окупит свои вложения за полтора-четыре года. Даже в условиях переменчивого и рискового российского рынка такие сроки очень привлекательны.