Дім у Романкові – лише відновлювані джерела

С. Шовкопляс

До редакції часто звертаються з проханням розказати про сучасний, практично реалізований проект розвиненої енергоефективної системи опалення на твердопаливному котлі з використанням інших відновлюваних джерел тепла – фототермальної геліостанції та теплового насосу

Для цього ми звернулися до спеціалістів які мають приклади нещодавно реалізованих проектів, серед яких вони для оприлюднення обрали новобудову

в с. Романків, Обухівський р-н, Київська обл. та ознайомили з особливостями цього рішення. Проект був розроблений на основі архітектурно-будівельних креслень та у повній відповідності з діючими ДБН і СНіП.

Підвищення ціни на газ до рівня світових та загальні тенденції розвитку систем опалення в напрямку пошуку більш екологічних рішень примушує власників приватних об’єктів нерухомості обирати альтернативні рішення та звернути увагу на опалення, де в якості головного теплового агрегату використовується автоматичні твердопаливні пелетні котли. В поєднанні з використанням сонячної енергії та теплових насосів, таке рішення має достатньо велику потужність та може повністю забезпечити потреби великого домогосподарства у тепловій енергії.

Загальні засади

Котельня (а радше – індивідуальний тепловий пункт) розміщується в окремому приміщенні на цокольному поверсі і запроектована для теплопостачання самого будинку та допоміжних об’єктів нерухомості. Котельня працює на радіаторну систему опалення, систему «тепла підлога», на підігрів відкритого басейну та для приготування гарячої води для будинкової системи ГВП. Також передбачено улаштування приямку для підключення до теплової мережі будинку СПА та гаражу (в найближчій перспективі).

Головним джерелом теплопостачання обрано пелетний котел Pelletti Touch потужністю 48 кВт та повітряний тепловий насос Waterkotte EcoTouch DA 5018 AI номіналом 18 кВт, розрахований для роботи в бівалентному режимі, тобто на нагрівання та охолодження.

Для потреб ГВП використана буферна ємність з системою швидкісного нагріву Aqua EXPRESSO 840 л, що працює за принципом проточного нагрівання. На даху будинку встановлено чотири водяних сонячних колектори Paradigma Aqua Plazma із системою геліоавтоматики, яких достатньо для забезпечення приготування гарячого водопостачання і підігріву басейна в теплий період року та для часткового підтримання системи опалення в опалювальний період. Схема опалювальної системи та ГВП наведена на рис. 1, подробиці ії роботи розглянемо нижче.

Рис. 1. Теплотехнічна схема теплового пункту приватного будинку

До загальних відомостей можна додати наступне. Відведення димових газів та розсіювання їх в атмосферу здійснюється ізольованою димовою трубою висотою 8 м із нержавіючої сталі. Стіни в котельні виконані негорючими, передбачена природна система вентиляції через решітку 270 х 270 мм. На підлозі передбачено гідроізоляцію на рівень заливу водою 100 мм. Трубопроводи підключення технологічного обладнання виготовлені з мідних труб. Теплотраса від сонячних колекторів до котельні - із нержавіючої гофротруби DN16. Всі трубопроводи теплоізольовані. Холодна вода до системи водопостачання, ГВП, геліоколекторів та для системи опалення поступає із свердловини через систему підготовки води, що включає фільтр механічної очистки, установки комплексного очищення і обеззаражування води та вугольний фільтр. Розподіл теплоносія поміж контурами опалення відбувається через гідравлічну стрілку, кожен з яких має власну станцію з дотискним насосом та автоматикою, підтримуючи необхідну висоту та кількість подачі у кожному контурі окремо.

Система теплопостачання будинку – закрита двотрубна. Робоча температура котлового контуру прийнята 75–55 °С. Температура відпуску теплоти споживачам: радіаторне опалення 75–65 °С, «тепла підлога» 40–45 °С, контур ГВП 75–55 °С. Холодні лінії від теплового насосу та гідравлічної стрілки, до якої підключені споживачі тепла, з’єднані із входом в буферну ємність через компенсуючий мембранний бак Wilo-H 200/6, що підтримує загальний «нижній тиск» системи і так компенсує його коливання.

Пелетний котел

У якості котлового агрегату для роботи в опалювальний період обрано твердопаливний автоматичний котел Paradigma Pelletti Touch - це компактний пелетний котел з мікропроцесорним управлінням, який відповідає жорстким європейським стандартам якості та нормативам екологічності, характеризується високою енергоефективністю і забезпечує максимальний ступінь надійності в процесі експлуатації. Він простий у монтажі та експлуатації, має систему «фулпруф» для запобігання виникненню можливих помилок людини. Ці котли вирізняються мінімальним споживання електроенергії при повній та частковій потужності. Котел Pelletti Touch автоматично розпізнає якість палива за допомогою датчика температури в камері спалювання. Також процес горіння контролюється за допомогою датчика тиску, що вимірює ступінь розрідження в камері спалювання і при необхідності збільшує або зменшує тягу.

Котли Pelletti Touch з потужністю 48 кВт випускаються у виконаннях з пневматичною подачею пелет, з автоматичним та ручним зважуванням пелет, з автоматичним розпалом за допомогою керамічного нагрівального елементу. Можуть комплектуватися автоматичною системою транспортування пелет на відстань до 20 м.

Автоматична система очищення пальника спрацьовує лише після певної кількості годин роботи котла, що забезпечує рівномірну продуктивність котла протягом всього року. Автоматичне видалення золи в спеціальний контейнер забезпечує високий ступінь комфорту споживачеві. Вертикальне розміщення турбулізаторів в теплообміннику забезпечує оптимальну теплопередачу. Інтегрована система захисту теплообмінника від холодної води у зворотній лінії запобігає корозії та утворенню блискучої «жирної» сажі, що схильна до загоряння.

Інноваційна система управління процесом спалювання з автоматичним розпізнаванням палива обладнана багатосегментним пальником ретортного типу, виготовленим з високолегованої неіржавіючої сталі. Контроль (тяги) розрідження в камері спалювання здійснюється вентилятором за даними датчика тиску. Всі моделі Pelletti Touch облаштовані системою забору повітря ззовні, що дозволяє встановлювати котли в пасивних та енергоефективних будинках, також це робить можливим одночасну роботу котла з припливно-витяжною вентиляцією. Це високоекологічний твердопаливний агрегат, що має низькі показники емісії при високому ККД. Ізоляція виконана з мінеральної вати товщиною 100 мм.

Котел самостійно модулює потужність в діапазоні 30-100%. Управління котла відбувається за допомогою мікропроцесора. Візуалізація роботи котла та управління здійснюється за допомогою кольорового сенсорного дисплею 7,4’’. Оновлення програмного забезпечення відбувається через USB порт.

Котли Pelletti Touch можуть також облаштовуватися регулятором системи опалення SystaComfort з базовим управлінням на два контури з підмішуванням або регулятором системи опалення MES для управління каскадом котлів і до 39 контурів з підмішуванням.

Тепловий насос

Вважається, що теплові насоси з системою «вода-вода» мають найбільшу теплову ефективність. Однак останнім часом з розвитком технології з використанням енергії повітря атмосферні теплові насоси отримують все більшу популярність, тому що облаштування всієї системи коштує набагато дешевше порівняно з системами з ґрунтовими та водяними тепловими насосами за рахунок вартості підземних робіт. Окрім того, повітряні теплові системи дуже компактні, їх можна облаштовувати, не потребуючи додатково землі та там, де не можна вести підземні роботи (наприклад у місті, де вже є підземна інфраструктура, або з міркування геологічних особливостей місцевості). Сучасні повітряні теплові насоси – це високотехнологічні та ефективні автоматичні пристрої, які пристосовані для використанні у комбінованих системах опалення та ГВП із застосуванням різних джерел тепла та для продукування холоду в інверсному режимі.

У даному проекті використано повітряний тепловий насос Waterkotte EcoTouch DA 5018 AI (рис. 2) з номінальною потужністю 18 кВт, що може працювати в бівалентному режимі (для нагрівання взимку та охолодження влітку). В проекті будинку застосована схема охолодження за допомогою фенкойлів (рис. 1), холодна лінія від яких з’єднана з тепловим насосом у режимі інвертору (охолодження), а тепла лінія після теплообміну з повітрям у приміщенні з’єднана з загальною «холодною» магістраллю від теплового насосу, що працює влітку у зворотному режимі, до буферної ємності.

Рис. 2. Повітряний тепловий насос Waterkotte EcoTouch DA 5018 AI 18 кВт для нагрівання та охолодження

Повітряний тепловий насос фірми Waterkotte моделі EcoTouch DA 5018 AI серед особливостей має низькі експлуатаційні витрати за рахунок високого COP, малошумний вентилятор із змінною швидкістю, зовнішній блок з корозійно-стійкого алюмінію, корпус внутрішнього блоку з емальованої або неіржавіючої сталі. Теплова потужність (при A-7/W35) 13,5 кВт, ефективність СОР (при A-7/W35) 3,1 та (в режимі A2/W35) 4,2, теплова потужність (при A2/W35) 16,0 кВт. Холодильна потужність (при А35 / W7) 6,3 кВт. Компресор спірального типу, інверторний, холодагент R410A.

Повітряний тепловий насос Eco Touch DA 5018Ai має інтегрований 4-ходовий клапан для активного охолодження. Система охолодження оптимально працює з використанням системи поверхневого охолодження. Для ефективної роботи при низьких температурах в холодильному контурі інтегровано проміжне вприскування (інжектор). Використання проміжного вприскування дозволяє досягнути вищої температури конденсації при низькій температурі джерела тепла. Це особливо важливо при використанні повітряних теплових насосів. Електронний розширювальний клапан швидко та точно регулює розхід холодоагенту, що дозволяє підтримувати постійну температуру холодоагенту на вході в компресор у всьому робочому діапазоні теплового насосу. Клапан подає необхідну кількість холодоагенту для випаровування, забезпечуючи повне випаровування при коливанні температури джерела тепла.

Робота автоматики теплового насосу візуалізована за допомогою сенсорного дисплею з EasyCon Software та забезпечує повну інтеграцію в мережу інтернет.

Системи з повітряним тепловим насосом у якості зовнішнього джерела енергії використовують атмосферне повітря, отже мають при роботі перекачувати принаймні щонайменше в тисячу разів за об’ємом більше такого зовнішнього теплоносія, аніж водяні теплові насоси мають перекачати води з-під землі або з відкритої водойми. І тут малошумність роботи зовнішнього модуля має неабияке значення. Новітні досягнення в галузі аеродинаміки осьових машин дозволили суттєво зменшити шум від робочого колесу повітряного забірника теплового насосу.

Сонячний колектор

На даху будинку в с. Романків змонтовані чотири геліоколектора Paradigma Aqua PLASMA. У теплових сонячних модулях серії Aqua PLASMA нагрівається звичайна вода, що циркулює в контурі опалення, а для підвищення продуктивності колектора застосована технологія плазмового напилення покриття з розплавлених мікрочастинок cілікату, які переносяться на поверхню вакуумних труб та параболічного дзеркального концентратора. Це оптимізує процес перетворення сонячного світла в теплову енергію.

Антирефлективне покриття вакуумних трубок зменшує відбивну здатність та забезпечує краще проходження сонячних променів через скляну поверхню. Абсолютно нове покриття було розроблено та запатентовано в співпраці з науковцями компанії Dr. Laure Plasma Technologie GmbH.

За рахунок нанотехнологій було досягнуто високого температурного режиму роботи колектора, що значно розширило область застосування геліотермічних установок. Використання нових технологій забезпечує нові робочі температури від 60 до 160 °С, що дає змогу використовувати геліотермічні установки Aqua PLASMA не тільки в побуті, а і у виробничих процесах, навіть за несприятливих умов, при потужності сонячного випромінювання лише 400 Вт/м. При постійній робочій температурі 75 °С новий колектор Aqua Plasma потребує на 16% меншої площі порівняно із звичайними вакуумними колекторами, а при температурі 100 °С економічний ефект зростає до 20%.

В даному проекті, завдяки високоефективним геліоколекторам (при температурі котла 75–55 °С та температурі відпуску теплоти споживачам радіаторного опалення 75–65 °С), температура води від геліоколекторів може навіть перевищувати температуру від твердопаливного котла, тому вхід від геліосистеми до буферної ємності AquaEXSPRESSO поєднаний зі входом від котла.

Річна продуктивність одного колектору Aqua PLASMA 19/50 (за методикою Solar Keymark) складає 3338 кВт(год/рік). Тобто в умовах України за середньої добової суми сонячного випромінювання до 5 кВтч/м² один такий колектор має встановлену теплову потужність 19 кВт. Питома річна продуктивність відносно апертурної площі – 742 кВт(год/рік)м².

Буферна ємність

Пошарове змішування, накопичення та зберігання гарячої води від різних джерел теплової енергії відбувається у буферній ємності на 840 л Paradigma Aqua EXSPRESSO з високим рівнем теплоізоляції та з регульованим насосом на первинному контурі пластинчатого теплообмінника.

Використання комбінованої буферної ємності Paradigma Aqua EXSPRESSO дає змогу використовувати сонячну енергію для системи опалення та гарячого водопостачання. Пасивна система термічного розшарування забезпечує оптимальний розподіл температури теплоносія всередині ємності. Інтегрована станція приготування гарячої води нагріває воду санітарного призначення в проточному режимі, що відповідає високим гігієнічним нормам. Гаряча вода не накопичується в ємності, а нагрівається при потребі з максимальною продуктивністю 35 літрів на хвилину. Насосна станція WILO STAR-Z 25/6 забезпечує тиск у системі постачання води за даним проектом до 65 м.в.ст., тобто дозволяє безперешкодно постачати гарячу воду до віддалених споживачів на верхніх поверхах будинку з врахуванням всіх втрат тиску та спротиву у системі розподілу ГВП.

Нагрів гарячої води контролюється регулятором, що забезпечує сталу температуру гарячої води в місці розбору, ефективнішу роботу станції приготування гарячої води і надає можливість заощаджено використовувати теплову енергію для системи рециркуляції. Автоматика самостійно вираховує швидкість насосу вторинного контуру теплообмінника в залежності від температури теплоносія в баку та об‘ємного потоку холодної води первинного контуру. В залежності від заданої температури і погодинної програми рециркуляції насос автоматично вмикається і вимикається. В разі недостатньої температури баку регулятор примусово вимикає рециркуляційний насос.

Зелена економія

В цілому у даному проекті було встановлено теплове обладнання з використанням відновлюваної енергії з загальною номінальною потужністю 142 кВт (76 кВт у геліосистемі, 18 кВт повітряного теплового насосу та 48 кВт пелетного котлу із деревини). Це загалом відповідає загальній тепловій потужності системи опалення та ГВП для будинку такого розміру з басейном, СПА, лазнею, допоміжними приміщеннями, якби вона була би реалізована на газовому обладнанні. Використання електрики для допоміжного обладнання теж було би приблизно однаковим. Але витрати на оплату рахунків за спожитий природний газ були би неспівмірно вищими, аніж сезонні на енергетичні пелети із деревини та поточні витрати на допоміжну електрику (яку теж можна отримувати з відновлюваних джерел). Отже, задача реалізації автономної системи опалення та ГВП з використанням відновлюваних джерел не тільки можлива, але вже має приклади практичного втілення в Україні.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 5 312