Источники и процессы теплоснабжения

Рассмотрим основные источники тепла, применяемые для бытовых целей: обычные системы, тепловые насосы, виды дополнительного поступления тепла и т. д.

Обычные системы.

В большинстве систем отопления жилых зданий используется природное топливо: нефть, природный газ, сжиженный газ и уголь. Электроэнергия, получаемая, главным образом, в результате сжигания ископаемых топлив, также широко используется для отопления. Причины, которые обусловили широкое применение этих видов топлива, — низкая стоимость его, чистота, возможность автоматизации процесса сжигания и низкая стоимость оборудования. Все обычные системы отопления применимы и для заглубленных зданий. В связи с увеличением стоимости ископаемого топлива и достижениями в области экономного расходования энергии для этих зданий все большее распространение находят новые источники тепла.

Тепловые насосы.

В связи с тем, что применять обычное природное топливо стало невыгодно для новых зданий, многие перешли к использованию тепловых насосов, работающих от электропривода. В качестве источника тепла и в то же время теплоносителя эти установки могут использовать воздух либо воду.

Заглубленные здания не требуют большого количества тепла, поэтому для них можно применять установки сравнительно дешевые и небольшой производительности, однако это не значит, что можно уменьшить их размеры. Коэффициент преобразования (Кщ,) их колеблется от 2,5 до 4, т. е. на каждую подведенную к двигателю единицу электроэнергии вырабатывается от 2,5 до 4 единиц тепловой энергии, используемой для отопления помещения. Установки, использующей электрическое сопротивление или лучистую энергию, равняется 1. Таким образом, тепловой насос в 2,5—4 раза эффективнее других систем электрического отопления. Кроме того, он одновременно является кондиционером и может быть легко использован совместно с различными типами систем солнечного отопления.

Дерево находит все большее применение в качестве топлива и в некоторых случаях рассматривается как источник первичной энергии. Такое положение привело к появлению требований, касающихся улучшения оборудования для сжигания дров, и уже в настоящее время имеются решения эффективных и удобных топочных устройств. Дровяные топки и бойлеры просты в эксплуатации и позволяют легко осуществлять контроль отопления. Некоторые модели снабжены дополнительными автоматическими газовыми или нефтяными топками, которые обеспечивают работу системы отопления даже в том случае, когда все дрова прогорят.

Для обычных зданий дровяное отопление считается нерациональным из-за большой потребности их в тепле; между тем оно может быть весьма эффективным для заглубленных зданий. Особенно это относится к системам с аккумулирующими емкостями. Бойлер с дровяной топкой в комбинации с аккумулирующей емкостью представляет собой систему, которая может отапливать здание при периодическом сжигании топлива.

Дополнительные источники тепла находятся внутри помещения и могут использоваться в самых различных формах. Дополнительное количество тепла, образующееся в любом здании, автоматически отражает образ жизни людей, проживающих в нем.

В последнее время появился значительный объем информации о применении систем солнечного отопления. При использовании этих систем для заглубленных зданий необходимо принимать во внимание некоторые их особенности.

Наиболее серьезный недостаток солнечных систем, применяемых для обычных зданий, состоит в том, что они требуют больших капитальных затрат. Между тем для заглубленных зданий, у которых меньше потребность в тепле, капиталовложения на строительство солнечных коллекторов также меньше. Кроме того, соответственно уменьшаются размеры накопительных резервуаров, что обусловлено меньшей потребностью в тепле и большей тепловой массивностью самого здания. Сокращение объема накопительного резервуара ведет к уменьшению площади, необходимой для его установки. Сравнительные данные о применении различных материалов, используемых для устройства накопительной емкости, приведены в табл. 3.2. Вода и камень имеют в настоящее время широкое распространение, а дерево и нефть приведены для сравнения — сколько нужно сжечь топлива, чтобы получить количество тепла, сохраняемое накопительной емкостью.

Водяные накопители имеют наиболее простое механическое оборудование системы, однако их стоимость в значительной степени зависит от размеров и типа емкости для воды.

Каменный накопитель может быть дешевле или дороже водяного в зависимости от расстояния, на которое надо передавать тепло. Однако в каменном накопителе могут появиться устойчивый запах, бактериальное загрязнение из-за того, что поверхность камня темная, влажная и теплая.

Активное использование солнечной энергии для горячего водоснабжения в настоящее время находит все более широкое применение. Сейчас промышленность предлагает установки стоимостью от 800 до 2000 долл. в зависимости от размеров, производительности и типа. Обычный период окупаемости типичной установки, если его привести в соответствие с электрической системой горячего водоснабжения, составляет от 4 до 6 лет. Количество энергии, потребляемой для горячего водоснабжения жилого дома, колеблется от 15 до 20% общего потребления энергии типичного дома на четыре человека. Для заглубленного дома с его низкой потребностью в отоплении расход энергии на горячее водоснабжение может стать преобладающим.