автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Обоснование параметров системы автономного теплоснабжения сельского дома с использованием возобновляемых источников энергии

Чемеков Вячеслав Викторович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОГО ДОМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ЭНЕРГИИ

Специальность 05.14.08 - энергоустановки на основе возобновляемых

видов энергии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 ч гтн 2012

Москва - 2012

005047176

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Харченко Валерий Владимирович

Официальные оппоненты: Виссарионов Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор, МЭИ (ТУ), кафедра нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, профессор кафедры

Сокольский Александр Константинович кандидат технических наук, доцент, Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), кафедра гидравлики, старший научный сотрудник

Ведущая организация: Московский Государственный Университет им. М.В.

Ломоносова, Лаборатория возобновляемых источников энергии.

Защита состоится « 25 » сентября_2012 г. в 13:30 часов на заседании

диссертационного совета Д 006.037.01 в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) по адресу: 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВИЭСХ.

Автореферат разослан « 23 » августа 2012 г.

/ '

/

Ученый секретарь /

диссертационного совета ' Ч/.-с^**^'^— А.И.Некрасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Использование экологически чистых возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для южных регионов становится особенно актуальным, так как одним из важнейших направлений является развитие курортного комплекса в условиях природоохранных зон. В Краснодарском крае исторически сложилось так, что большая часть строящегося жилья (порядка 70%) это малоэтажная индивидуальная застройка. Так, например, в 2006 г. в крае построили и ввели в эксплуатацию 1 млн 800 тыс. м2 индивидуального малоэтажного жилья, в 2007 г. — 2 млн 597 тыс. м2. В городах и районах края выделено около двухсот участков общей площадью 3300 га, которые будут до 2015 г. комплексно застраиваться жильем, в том числе 630 га малоэтажным.

В настоящее время Краснодарский край является энергодефицитным регионом. Несмотря на то, что мощность Сочинской ТЭЦ увеличена до 160 МВт (в 2008 г. введена в эксплуатацию вторая очередь строительства), а Краснодарской ТЭЦ до 744 МВт (в 2011 г. увеличена на 410 МВт), собственные генерирующие мощности покрывают не более 50% электропотребления, а около половины муниципальных образований края на данный момент не имеют резервов мощности для подключения новых потребителей.

В то же время электроснабжение курортной зоны Краснодарского края слабо развито в связи с труднодоступностью района в условиях гористой местности, дефицитом генерирующих мощностей, низкой надежностью и пропускной способностью электрических сетей, что также повышает перспективность использования возобновляемых источников энергии особенно для объектов удаленных от существующих централизованных энергосистем.

Цель исследования - обоснование параметров системы автономного теплоснабжения сельского дома, построенной на оборудовании возобновляемой энергетики, с одновременным учетом потенциала ВИЭ и тепловых потерь объекта, обусловленных погодно-климатическими условиями в месте дислокации объекта и теплозащитными параметрами здания.

Задачи исследования:

- разработка измерительной системы непрерывного мониторинга метеопараметров непосредственно в выбранной местности с функцией обработки полученных данных для определения достоверных величин потенциала возобновляемых энергоресурсов;

- разработка концепции автономного теплоснабжения сельского дома и методики расчета теплопотребления на основе данных мониторинга метеопараметров;

- формирование конфигурации системы автономного теплоснабжения на основе данных о потенциале ВИЭ;

- разработка системы автономного теплоснабжения и построение ее модели, учитывающей взаимосвязь величины теплопотребления и потенциала ВИЭ;

- оптимизация параметров системы по показателям эффективности с использованием динамического моделирования и исходных данных,

характеризующих среднечасовые величины теплопотребления и потенциала ВИЭ.

Научная новизна:

выполнено обоснование параметров системы автономного теплоснабжения с учетом достоверных данных о потенциале возобновляемых источников, полученных в выбранной местности, и уровня теплозащиты здания;

разработана автоматизированная информационно-измерительная система мониторинга метеопараметров и обработки данных для получения среднечасовых величин, характеризующих потенциал возобновляемых источников, а также мониторинга параметров функционирования систем автономного теплоснабжения;

- впервые выполнено исследование теплового баланса жилого дома по данным мониторинга метеопараметров;

- показано влияние метеоклиматических параметров на уровень теплопотерь жилого дома и возможность их восполнения за счет возобновляемых источников;

- разработана система автономного теплоснабжения и ее модель на основе взаимосвязи величин теплопотребления и энергии, получаемой от возобновляемых источников;

- на примере объекта, функционирующего в условиях Черноморского побережья Краснодарского края, обоснованы параметры системы автономного теплоснабжения сельского дома и подтверждена адекватность предложенной модели.

Научная новизна исследования подтверждена двумя патентами на изобретение и патентом на полезную модель.

Достоверность результатов исследования подтверждается использованием обоснованных и проверенных научных методов, использованием адекватного математического аппарата и динамического моделирования с применением ПЭВМ, сертифицированного измерительного оборудования, а также совпадением результатов моделирования с известными численными оценками и результатами измерений, выполненных на опытных образцах.

Основные положения, выносимые на защиту:

обоснование параметров системы автономного теплоснабжения сельского дома, построенной на оборудовании возобновляемой энергетики, выполняется с одновременным учетом потенциала возобновляемых источников энергии и уровня теплозащиты жилого дома;

- потенциал возобновляемых источников и теплопотребление здания определяется на основе данных, получаемых в результате непрерывного мониторинга метеопараметров, проводимого непосредственно в выбранной местности;

- оптимизация параметров системы автономного теплоснабжения осуществляется путем динамического моделирования, на основе уравнений

баланса теплопотребления и энергии, получаемой от возобновляемых источников;

- исходными данными для моделирования служат среднечасовые величины температуры наружного воздуха, скорости ветра и солнечной радиации.

Практическая значимость исследования состоит в разработке научно обоснованных практических рекомендаций, предназначенных для проектирования систем автономного теплоснабжения сельских жилых домов на основе оборудования возобновляемой энергетики. Использование рекомендаций позволяет в каждом конкретном случае для выбранных климатических условий сформировать конфигурацию системы с оптимальными параметрами оборудования, режимами функционирования и технико-экономическими характеристиками.

Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, использованы в лабораторном практикуме и учитываются при разработке методических рекомендаций.

Апробация работы выполнена в виде докладов и презентаций на международных конференциях, специализированных выставках, научных школах и конкурсах:

1 Ith International Conference on Solar Energy at High Latitudes «NorthSun 2007» (30th May - 1st June, 2007, Riga, Latvia).

VIII Международная Научно-практическая конференция «Возобновляемая энергетика XXI века» (17-21 сентября, 2007, Крым, Украина).

8-я специализированная выставка «Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация ОПК» (2-5 октября, 2007, Москва).

IV Международная конференция «Возобновляемая и малая энергетика -2007» (24-25 октября, 2007, Москва).

XIII Международная научно-техническая конференция «Теплоэнергетика XXI века» (10-12 апреля, 2008, пансионат «Юность», Щелково).

6-я Международная научно-техническая конференция «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (13-14 мая, 2008, Москва).

IV Всероссийский конкурс «Инновационные и технологические предпринимательские проекты среди молодежи» (14—16 октября, 2008, Москва).

Шестая Всероссийская научная молодежная школа «Возобновляемые источники энергии» (25-27 ноября, 2008, МГУ, Москва).

7-я Международная научно-техническая конференция «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (18-19 мая, 2010, Москва).

Молодежная программа «Инвестирование в будущее» в рамках международной ежегодной конференции и выставки Russia Power 2011 (30 марта, 2011, Москва).

The 6th international conference on electrical and control technologies «ЕСТ-2011» (May 5-6, 2011, Kaunas, Lithuania).

Всероссийский конкурс научных работ в области возобновляемых источников энергии «Стипендия BELLONA - 2011» (21 декабря, 2011, Санкт-Петербург).

По теме диссертации автором опубликовано 16 статей, в том числе четыре статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК, два патента на изобретение и патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 88 наименований и приложения. Диссертация изложена на 143 страницах и включает 71 рисунок и 11 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и определены задачи исследования, дана оценка научной новизны и практической значимости полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основе обзора литературных источников рассмотрена возможность и перспективы эффективного использования оборудования ВИЗ в системах автономного теплоснабжения.

Большой вклад в развитие возобновляемой энергетики и оценки перспектив ее использования внесли такие российские ученые, как Д.С. Стребков, В.И. Виссарионов, В.В. Елистратов, П.П. Безруких. Вопросы оценок ресурсов солнечной энергии и ее использования также рассмотрены в работах В.А. Бутузова, Б.В. Тарнижевского, О.С. Попеля. Существенный вклад в изучение ветроэнергетических ресурсов России внесли А.Н. Старков, В.А. Минин, В.В. Зубарев, Г.И. Сидоренко и др. Большая работа по накоплению и обработке метеоклиматической информации выполнена сотрудниками Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова.

Выполненный анализ существующих методов оценки потенциала возобновляемых энергоресурсов показал, что в большинстве случаев используется метеорологическая информация сети стационарных метеостанций, которые зачастую значительно удалены от того места, где необходимо определить потенциал возобновляемых энергоресурсов. Как показывает анализ скоростей ветра на соседних метеостанциях, возможная погрешность определения скорости ветра в месте предполагаемого строительства может достигать 15-20%. Кроме того, не все метеостанции обладают достаточным набором оборудования и приборов, например, лишь незначительное количество метеостанций имеют в своем составе датчики измерения солнечной радиации. Еще одним недостатком является то, что метеопараметры, предоставляемые стационарными метеостанциями, измеряются с большим интервалом, лишь несколько раз в сутки, тогда как для достаточно точного расчета, например, фотоэлектрических станций, как правило, используются данные по радиации за каждый час. Известные методы

получения и обработки метеоданных, характеризующих ВИЭ, нуждаются в дальнейшем совершенствовании и развитии. Это связано с тем, что произошли серьезные изменения в средствах и методах получения исходной метеорологической информации, а также появилась возможность непрерывного долгосрочного наблюдения за метеопараметрами.

Выполнен анализ уровня теплозащиты и энергоэффективности существующих сельских жилых домов, а также методов определения их теплопотребления. При проектировании и строительстве жилых домов с централизованной системой теплоснабжения, как правило, руководствуются требованиями строительных норм и правил по тепловой защите зданий, что обеспечивает комфортные для проживания параметры микроклимата и в то же время минимальный расход тепловой энергии на отопление, горячее водоснабжение и вентиляцию. Однако существующие строительные нормы не приспособлены для проектирования жилых домов с системами автономного теплоснабжения, построенных на оборудовании возобновляемой энергетики. Поэтому разработана концепция автономного теплоснабжения для определения основных принципов проектирования и строительства домов с системами автономного теплоснабжения на оборудовании возобновляемой энергетики.

Сформулирован подход к обоснованию параметров системы автономного теплоснабжения, основанный на получении достоверных данных о потенциале ВИЭ в месте дислокации объекта, определении оптимального уровня теплозащиты, формировании конфигурации системы автономного теплоснабжения в зависимости от уровня теплопотребления и потенциала ВИЭ в выбранной местности, оптимизации параметров с использованием метода динамического моделирования и определения оптимального варианта системы по показателям эффективности.

Во второй главе разработана измерительная система мониторинга метеопараметров и определены достоверные величины, характеризующие потенциал ВИЭ в условиях Черноморского побережья Краснодарского края. Выполнена обработка результатов мониторинга скорости ветра и солнечной радиации, дана оценка потенциала и перспектив использования ВИЭ в рассматриваемой местности. Определены условия использования наружного воздуха в качестве низкопотенциального источника энергии.

Приблизительно оценить потенциал возобновляемых энергоресурсов региона можно на основании уже имеющихся данных, полученных на сети стационарных метеорологических станций. Полученная таким образом информация накапливается в течение нескольких лет и публикуется в гидрометеорологических справочниках и атласах. Однако эти данные не подходят для динамического моделирования процессов, происходящих в исследуемой системе, так как измеряются с большим интервалом времени, лишь несколько раз в сутки, тогда как для достаточно точного расчета необходимы данные за каждый час.

В связи с этим была выполнена работа по определению метеопараметров с помощью разработанной системы мониторинга на перспективной для строительства площадке в г. Туапсе Краснодарского края с целью получения

точной информации об имеющемся в рассматриваемой местности потенциале возобновляемых энергоресурсов и для дальнейшего использования полученных сведений при проектировании системы автономного энергоснабжения для строящегося частного жилого дома. В основе разработанной измерительной системы используется метеорологический комплекс Davis Vantage Pro II Plus, который оборудован датчиками атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра, солнечной радиации и дополнен устройством регистрации данных, интерфейсом для подключения к компьютеру и специализированным программным обеспечением. В результате мониторинга получены среднечасовые величины температуры наружного воздуха, солнечной радиации и скорости ветра в течение года и соответствующие им годовые графики (рис. 1). Характеристики годового хода полученных метеопараметров, сопоставлены с данными многолетних наблюдений на различных метеорологических станциях региона и существующими оценками потенциала ВИЭ.

Рис. 1. Графики, характеризующие скоростной режим ветра, температурные колебания и уровень солнечной радиации в течение года

Ветроэнергетические условия на экспериментальной площадке г. Туапсе по результатам мониторинга оцениваются как умеренно-благоприятные. Удельная мощность ветрового потока находится в пределах от 250 до 500 Вт/м2. Энергоактивный диапазон составляет 0,7-0,8 всего периода, с величиной среднемесячной скорости ветра 5-7 м/с и коэффициентом использования установленной мощности от 0,12 до 0,22.

Интенсивность суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность изменяется от 40 кВт-ч/м2 в декабре до 190 кВтч/м2 в июне и дает годовой приход солнечной энергии - 1358,68 кВт-ч/м2, с числом часов солнечного сияния - 4672 ч.

Также получены данные, определяющие повторяемость прихода солнечной радиации и скорости ветра. В целом полученная информация дает возможность достаточно точно характеризовать условия поступления возобновляемой энергии и рассчитывать ожидаемую среднечасовую выработку энергии, если известны рабочие характеристики энергоустановок.

В третьей главе разработаны основные положения концепции автономного теплоснабжения сельского дома. Предложена методика расчета теплопотребления на отопление и горячее водоснабжение по исходным данным, полученным в ходе мониторинга метеопараметров. Определены величины годового теплопотребления пяти вариантов жилого дома с различными классами энергоэффективности, которые используются в дальнейшем при выборе оптимального варианта системы автономного теплоснабжения на оборудовании возобновляемой энергетики и ее моделирования.

Температура воздуха является исходным параметром для расчета теплопотребления жилого дома, величина которого определяется в основном нагрузкой системы отопления. Основные факторы, влияющие на величину нагрузки отопления, это теплопотери через стены, кровлю, пол, окна, теплопотери на вентиляцию и инфильтрацию, теплота, поступающая в помещение с солнечной радиацией, внутренние теплопоступления от оборудования и людей, аккумулирование тепла во внутреннем объеме (рис. 2). Требования к тепловой защите жилого дома установлены строительными нормами и правилами, по которым приняты нормируемые коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций и существующие классы энергоэффективности.

1з - интенсивность солнечной радиации

(*> - теплопоступления через окна и фонари СМ. теплопотери на вентиляцию

от солнечной радиации

Рис. 2. Физическая модель теплового режим сельского дома

Расчет среднечасовых величин тепловой энергии на отопление выполнен по предложенному уравнению теплового баланса

<*&-(Т Т Л« Л** т к(л ^ + А ^+ А (П

где Ле5ШП - общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций, м2; Тм, Ты - температура внутреннего и наружного воздуха, °С; Кт - общий коэффициент теплопередачи здания (учитывающий трансмиссионные, инфильтрационные теплопотери и вентиляцию), Вт/(м2-°С); А\ - площадь жилых помещений, м2; ск]ш - величина бытовых тепловыделений на 1 м2 площади жилых помещений бытовых тепловыделений на 1 м2 площади жилых помещений; тР, - коэффициент, учитывающий затенение светового проема окон непрозрачными элементами заполнения; к?, - коэффициент относительного проникания солнечной радиации для окон; Аги А¥2, А?4 -площадь светопроемов фасадов здания, соответственно ориентированных по четырем направлениям, м2; /,, /2, /3, Д - величина солнечной радиации на вертикальные поверхности расположенные по четырем фасадам здания, Вт/м ; ск]Ьт - величина рекуперируемой тепловой энергии.

Для наглядности результаты расчета теплопотребления исследуемого дома площадью 200 м2 представлены в виде графиков годового энергопотребления для двух вариантов с различными классами энергоэффективности по классификации СНиП «В» и «Е» (рис. 3). Отрицательные значения в летний период говорят о необходимости кондиционирования воздуха для поддержания требуемой температуры.

25

20

ч 15

щ 10

| 5

I 0

-5

15

Нагрузка ГВС рассчитана в программе «ОН\УСа1с» с временным шагом 1 час. В зимний период в доме проживает 3 человека, и средний расход горячей воды составляет 0,18 м3/день, с максимальной пиковой нагрузкой 0,25 л/сек. В летний период жилой дом используется как мини-гостиница с количеством постоянно проживающих от 8 до 12 человек, средний расход в этот период составляет 0,54 м3/день. Поздней весной и ранней осенью количество проживающих изменяется в пределах от 5 до 8 человек со средним расходом -0,36 м3/день. Нагрузка системы ГВС показана на рисунке 4.

я класс Е "класс В

Февраль Шфт Апрель Май июнь июль Август иентяорь иктяорь ноябрь декабрь

Рис. 3. Графики теплопотребления на отопление

Рис. 4. Нагрузка ГВС

Также при расчете учтена работа вентиляционной системы с рекуперацией тепла (рис. 5).

-1 -I .......................................................................J

Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь

Рис. 5. График рекуперируемой тепловой энергии

Полученная величина суммарного годового теплопотребления в дальнейшем будет основанием для выбора основного оборудования системы автономного теплоснабжения и его технических характеристик (рис. 6, табл. 1).

7----

6 5 4 3 2 1 О

Январь Февраль Март Апрель

Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь

■ теплопотребление на ГВС

О

Январь Февраль март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь

Рис. 6. Графики полного энергопотребления домов с классом энергоэффективности «В» и «Е»

Таблица 1. Результаты расчета теплопотребления на отопление и ГВС

Класс энергоэффективности дома «А» «В» «С» «Э» «Е»

Годовое потребление тепла на отопление. Потребление тепла в системе ГВС, кВтч/год Годовое теплопотребление, кВтч/год 1 966 4 261 6 227 13 621 4 261 17 882 15 408 4 261 19 669 21 737 4 261 25 998 35 004 4 261 39 265

В четвертой главе проанализированы модели основного оборудования для системы автономного теплоснабжения. Разработана система автономного теплоснабжения и ее модель, на основе которой выполнено обоснование параметров системы путем динамического моделирования в течение года и оптимизации по показателям эффективности. Определены оптимальные технические характеристики генерирующего и аккумулирующего оборудования и параметры функционирования системы в целом. Дана сравнительная оценка экономической эффективности различных вариантов систем автономного теплоснабжения.

По результатам анализа полученных величин потенциала ВИЭ в рассматриваемом регионе и смоделированной величины внутреннего теплопотребления жилого дома разработана технологическая схема системы автономного теплоснабжения (рис. 7) и получено два патента на изобретение.

фотоэлектрический

солнечнныи коллектор

вент.система с рекуперацией тепла

ветрогенератор

Рис. 7. Схема системы автономного теплоснабжения с независимым от электрической сети питанием

Разработанная схема позволяет максимально задействовать имеющиеся ресурсы ВИЭ и в то же время увеличить эффективность системы теплоснабжения в целом, благодаря использованию современного оборудования возобновляемой энергетики. Моделирование работы системы осуществлялось с помощью разработанного пакета прикладных компьютерных программ в среде MS Office Excel. При моделировании на основе изменения входных параметров, к которым относятся показатели потенциала используемых в системе возобновляемых источников энергии, были получены выходные параметры - степень энергоэффективности использования оборудования и системы в целом при заданных технических характеристиках и требуемом теплопотреблении.

Структурная схема разработанной системы автономного теплоснабжения представлена на рисунке 8. В системе основным генератором тепловой энергии является тепловой насос «воздух-вода». Наружный воздух с температурой Гех1

бак аккумулятор отопительной

проходит через теплообменник испарителя ТЫ и отдает тепло (З'аем хладагенту. Затрачивая электроэнергию ТН повышает температуру хладагента и

отдает теплоту £?„р теплоносителю, циркулирующему во вторичном контуре ТН. Тепловая энергия передается в бак-аккумулятор отопительной воды, объемом т% и температурой Г8. Далее тепловая энергия по мере необходимости расходуется на отопление в системе теплого пола и частично в системе вентиляции с рекуперацией для поддержания заданной температуры воздуха в помещении Тт. Тепловые потери во внутреннее окружающее пространство от бака-аккумулятора характеризуются коэффициентом (Ш)8. Тепловая энергия вырабатываемая ТН периодически используется для приготовления горячей воды в емкостном водонагревателе ГВС емкостью /я5„ с температурой в баке Тепловые потери во внутреннее окружающее пространство от водонагревателя характеризуются коэффициентом Еще

одним генератором тепловой энергии является солнечный коллектор. Вырабатываемая в СК тепловая энергия <2и, передается в емкостный водонагреватель ГВС или дополнительный теплообменник теплового насоса. Эффективность дополнительного теплообменника характеризуется показателем теплотехнической эффективности 9. Дублирующими пиковыми теплогенераторами в системе служат теплоэлектронагревательные элементы (ТЭН), встроенные в оба бака-аккумулятора, соответственно для нагрева теплоносителя в системе ГВС и отопления. Электроэнергия, потребляемая ТН 1¥„р_ складывается из величин вырабатываемой энергии ВЭУ 1Утп(1, ФЭМ и аккумулируемой энергии в электрохимическом аккумуляторе Потребление, выработка и аккумулирование энергии контролируется модулем с функцией бесперебойного питания, который является главным элементом в системе электропитания теплового насоса.

Те« ♦

иАс

Тіш ♦

иА5„

ІГ)аАс

Тс

ГПс

■Ои

I

I ♦

Т^ гты

-Оііім

! *

е ■ О'аехї £ ш ш 1 ■ О*? Т5

пъ

ІГ|Ар>

W» и

—и/р,-,

N —М/»лп<1-

-СЬ

іик

Тіш

-\ZVsH

Рис. 8. Структурная схема модели системы автономного теплоснабжения

Модель системы автономного теплоснабжения для рассматриваемого объекта, записанная в виде уравнений выглядит следующим образом:

<7„ С) + (О = *„(') + Я*(0 + 4Л[Д'Н -C/l(7T-7;)]±(mcp).- J±(mCp)„ ^

■ !%(<) +4h С) = 4,81-10^ D2v(/)4n + /('Hvn±£(0t/„„n„„ (2)

4„p(<) = E-w„p(0

.SU (0 = "*(')

В первом уравнении левая часть: первое слагаемое - теплопотребление на отопление и вентиляцию, второе - теплопотребление на ГВС. Правая часть: первое слагаемое - теплопроизводительность ТН, второе теплопроизводительность CK, третье - теплота вытяжного воздуха, возвращаемая системой приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором, четвертое - аккумулирование тепла в баке-аккумуляторе отопления, пятое -аккумулирование в емкостном водонагревателе ГВС. Во втором уравнении левая часть: первое слагаемое - электропотребление теплового насоса, второе -электропотребление дублирующего теплоэлектронагревателя. Правая часть: первое слагаемое - электроэнергия вырабатываемая ВЭУ, второе -электроэнергия вырабатываемая ФЭМ, третье - аккумулирование электроэнергии. Третье уравнение - зависимость теплопроизводительности ТН и энергопотребления от величины коэффициента преобразования. Четвертое -линейная взаимосвязь тепловой qt h и электрической u>eh энергии теплоэлектронагревателя.

В результате решения данного уравнения получены данные по выработке, потреблению и аккумулированию тепловой и электрической энергии, а также текущие параметры за каждый час работы оборудования, на основании которых сделаны выводы о динамическом поведении системы в долгосрочном периоде ее эксплуатации.

Для динамического моделирования разработанной системы автономного теплоснабжения использовались технические характеристики трех ТН Vitocal 300 с различной теплопроизводительностью AW106 (5,4 кВт), AW108 (7,2 кВт) и AW110 (9,3 кВт). Результат моделирования теплопроизводительности теплового насоса Vitocal 300 AW110 мощностью 9,3 кВт представлены в виде гистограммы в сравнении с гистограммой расчетной нагрузки системы теплоснабжения с интервалом 1 час в течение года (рис. 9). Величина выходной температуры теплоносителя ТН установлена на уровне +45 °С для обеспечения заданной температуры в системе ГВС. В этом режиме работы годовая теплопроизводительность ТН (Q„p = 17703 кВт-ч) составила 99% от общей тепловой нагрузки (Qh = 17882 кВт ч). Количество потребленной ТН электрической энергии составило 5783 кВтч, при этом коэффициент преобразования ТН (е) за все время работы изменяется в пределах от 2,15 до 4,59. Доля электропотребления дублирующего источника тепла, теплоэлектронагревателя (ТЭН), в общем электропотреблении (Pv = 5962 кВт ч) составляет 3,0%, при его установленной мощности 3,5 кВт. Сравнительная оценка результатов моделирования, выполненного для трех моделей ТН разной

установленной мощности, говорит о том, что для обеспечения наилучшей энергоэффективности теплопроизводительность ТН должна выбираться из расчета покрытия не менее 90% теплопотребления дома, при этом доля теплонасосной установки в среднегодовой длительности работы отопления должна составлять примерно 92...98%.

т й

Рис. 9. Годовые графики максимальной теплопроизводительности теплового насоса А'Ш 10 (С^р.тах) и расчетной тепловой нагрузки (С^Ь+сИм)

На рисунке 10 представлены зависимости, которые показывают, как от мощности ТН изменяется доля теплопроизводительности ТН и ТЭН в покрытии общей тепловой нагрузки, а также электропотребление ТЭН и стоимость ТН. Критерием оптимизации выбрана функция максимизации тепловой энергии, получаемой от ТН, и минимизации электрической, составляющей ТЭН.

3 5 7 9 11

мощность ТН, кВт

Рис. 10. Соотношение параметров системы в зависимости от мощности ТН

♦ доля ТН в тепловой нагрузке

2 доля дублера в тепловой

^ ¡2 нагрузке г

о « доля электропотребления

5 | дублера

о . стоимость ТН

4

Величина теплопроизводительности теплового насоса по-разному влияет на размер первоначальных инвестиций и поступающих каждый год издержек на эксплуатацию отопительных установок. Чем выше производительность ТН, тем выше инвестиции и тем ниже ежегодные издержки. В связи с меньшими размерами инвестиций в ТН меньшей мощности вариант с дублирующим ТЭН может оказаться экономически более выгодным, чем вариант с ТН, полностью покрывающим всю тепловую нагрузку без участия дублера. В последнем случае стоимость ТН будет существенно выше стоимости ТН меньшей мощности и ТЭН вместе взятых. Тем не менее окончательный выбор того или иного варианта должен быть подтвержден экономической оценкой по величине

о

Я-варь Феерагь Март Агрегъ Мэй 14оь Иогъ Август СентяЕ^ь Октябрь ЬЬЯЗрь Декабрь

наименьших совокупных инвестиционных, эксплуатационных и энергетических затрат.

При моделировании системы автономного теплоснабжения использовались трубчатые прямоточные солнечные коллекторы Укозо1 200-Т фирмы У^тапп. Солнечные коллекторы располагаются на скате кровли под углом 30° к горизонту и ориентированы на 30° в юго-западном направлении. Величина годового суммарного поступления солнечной энергии на плоскость коллектора равна 1358,68 кВт-ч/м2, а выработка тепловой энергии вакуумированным трубчатым коллектором составляет 1153 кВт-ч/м2. При этом смоделированная величина оптимальной площади солнечных коллекторов для заданных условий составляет 6 м2, а объем бака-водонагревателя 500 л, с использованием около 50% энергии от максимальной, которую способны выработать СК. Температура воды в баке-водонагревателе ГВС поддерживается на отметке не ниже +45 °С большую часть времени только за счет энергии, вырабатываемой СК. В периоды низкой инсоляции, когда температура понижается ниже установленного порога, в работу включается ТН и в наиболее холодные дни ТЭН. Результаты моделирования величины вырабатываемой тепловой энергии за каждый час исследуемого периода представлены в виде гистограмм на рисунке 11. Использование оптимальной площади СК и бака-водонагревателя обеспечивает снижение общей потребляемой электроэнергии в системе на 15%. При дополнительном догреве низкопотенциального теплоносителя на входе в ТН тепловой энергией, вырабатываемой СК, эффективность использования СК достигает 60%.

Я^вг^ь Феврагъ Март Атрель Май Иоъ Нагъ Август Сентяфь Октябрь Нэяфь Декабрь

Рис. 11. Годовые графики выработки энергии тепловым насосом А\¥110 (С>\ур), солнечным коллектором (С>и) и электронагревателем (С)еЬ)

На рисунке 12 представлены зависимости, которые показывают, как с увеличением площади СК изменяется доля его теплопроизводительности в покрытии тепловой нагрузки ГВС, а также эффективность СК и общее электропотребление в системе с ТН А\\'110 и ТЭН. Также на графике представлена линейная зависимость стоимости СК от их площади. Критерием оптимизации выбрана функция максимизации тепловой энергии, получаемой от СК, и минимизации электрической составляющей для питания теплового насоса и теплоэлектронагревателя системы автономного теплоснабжения.

♦ доля СК в нагрузке ГВС экономия электроэнергии

я эффективность СК

• стоимость СК

О -Ь^—,-г-,-:-т-- О

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 площадь СК, м!

400

о

>ч

300 у

200 | О

100

Рис. 12. Соотношение параметров системы в зависимости от площади СК

Увеличение площади используемых солнечных коллекторов более 6 м2 нецелесообразно, поскольку относительная величина их теплопроизводительности в нагрузке ГВС увеличивается не более чем на 4% на каждые 2 м2 площади. Та же зависимость характерна для показателя экономии электроэнергии, величина которого составляет 12% при площади 6 м2. Также снижается и эффективность использования СК до уровня ниже 50%. При этом стоимость СК растет практически линейно, что вызывает значительное удорожание всей системы теплоснабжения без получения какого-либо эффекта.

Электрогенерирующими установками в системе являются энергоустановки, использующие солнечную и ветровую энергию, чтобы обеспечить электрическую нагрузку теплового насоса и вспомогательного электрооборудования системы теплоснабжения. Для моделирования работы системы использовались реальные технические характеристики электрогенерирующего оборудования. Ветрогенератор представлен рядом трехфазных ветроэлектрических установок «Еиго'Мпс!» с различной номинальной мощностью от 5 до 50 кВт. Фотоэлектрические модули представлен моделями производства «Солнечный ветер» (г. Краснодар).

Блок иРЭ содержит трехфазный инвертор и контроллер. Аккумуляторные батареи (АКБ) кислотные необслуживаемые типа Ргозо1аг-К ЯА12-20000 (12В, 200А ч) являются буферной емкостью между генератором и нагрузкой (инвертором). Предварительно мощности ВЭС, ФЭМ и АКБ выбраны по номинальной электрической мощности теплового насоса Укоса1 300 А\\Т10 (3,4 кВт) и дублирующего электронагревателя (3,5 кВт), общее электропотреблением которых составляет 6687 кВт-ч. Соответственно оптимизация выполнена по величинам среднечасовых величин потребления, выработки (рис.13) и аккумулирования электроэнергии (рис. 14).

о

Январь Феарагь Март Лгрегь Май Hot 14агь />егуст СентаСр, Октябрь Нэябрь Декабрь

Рис. 13. Графики электропотребления ТН и выработки электроэнергии ВЭУ

^ 100 3 80

II ч г [1 | i^T 1| • 1 Т'Щ.....г»"Т"'1'' '' ........... 1 1 f II

У II 1 I

1

1

Я^в^ь феерагъ. Март Агрегъ Ио-ь ккзгь ЛЕгуст Сентябрь Оот^ь Да<а££ь

Рис. 14. График уровня заряда АКБ

С точки зрения максимального использования мощности ВЭУ и ФЭМ необходимо определить оптимальную емкость аккумуляторных батарей. Увеличение емкости АКБ в принципе способствует увеличению доли полезно используемой энергии ветра и солнца, но в то же время приводит к увеличению затрат. При определенных соотношениях мощности ветроагрегата, емкости аккумулирующего устройства и известной расчетной нагрузке теплового насоса достигается минимум затрат на систему энергоснабжения в целом. Таким образом, выполнив оптимизацию параметров системы по минимуму приведенных затрат и максимуму эффективности используемого электрооборудования получены наиболее целесообразные соотношения номинальных мощностей ВЭУ, ФЭМ и АКБ (рис. 15, 16).

1.57 1.45 1.63

стсшжхль ксж/плекта, мга.руб.

Рис. 15. Сравнительная оценка по стоимости различных комплектов ВЭУ и

АКБ

12 10 8 6 4 2 0

Рис. 16. Сравнительная оценка по стоимости различных комплектов ФЭМ и

АКБ

Как видно, минимум затрат соответствует установленной мощности электрогенераторов, в несколько раз превышающей мощность потребителей, что вызвано неравномерностью прихода солнечной и ветровой энергии. Минимальная стоимость комплекта ВЭУ и АКБ достигается при номинальной мощности ветрогенератора 20 кВт и емкости батарей 2600 А-ч. Минимальная стоимость комплекта ФЭМ и АКБ соответствует суммарной мощности модулей 33,5 кВт и емкостью батарей 42 кАч.

Анализ графиков потребления и выработки дает представление о том, что периоды максимумов и минимумов имеют сильную неравномерность и несовпадение во времени. Этим объясняется завышенная установленная мощность оборудования. Большая величина требуемой установленной мощности ФЭМ обусловлена низкой интенсивностью солнечной радиации в зимний период и суточной неравномерностью ее прихода. Это также является причиной очень высокой емкости АКБ. Еще одним фактором, увеличивающим емкость батарей, является высокая стоимость фотоэлектрических преобразователей при их низком КПД. Все это приводит к тому, что стоимость системы с ФЭМ существенно выше стоимости системы с ВЭУ. Еще одним негативным последствием увеличения установленной мощности электрогенерирующих установок по сравнению с мощностью потребителя электроэнергии является не только увеличение капиталовложений, но и значительное количество энергии, которую способен выработать генератор при имеющемся потенциале ВИЭ. Ветрогенератор мощностью 20 кВт, кроме обеспечения электропитания теплового насоса и теплоэлектронагревателя, способен выработать дополнительно 30 400 кВт ч электроэнергии в год, т.е. более 85% электроэнергии может быть отдано в электрическую сеть. А фотоэлектрические модули мощностью 33,5 кВт способны выработать избыточные 42 720 кВт-ч, или 89% от общей выработки.

Экономическая целесообразность принятых технических решений окончательно определяет возможность реализации и эксплуатации разработанной системы автономного теплоснабжения. Срок окупаемости системы автономного теплоснабжения и экономический эффект от ее использования, выраженный в виде дохода от продажи вырабатываемой энергии, зависит от цены на электрическую и тепловую энергию,

1 ■ мощность "ГН кВт ппощздь СК, м* мощность фВМ. кВт Ш аукость АБ. кАч]

78 I 53 I 42 I 40

10 10 10 10 10

9,3 9,3 9,3 9,3 ' 9,3

10,01 8,85 8,54 8,61 8,94 стоииюсть комплекта, мгкруб.

вырабатываемую традиционными источниками. Поэтому показатели экономической эффективности использования оборудования возобновляемой энергетики в любом случае зависят от цены на традиционные энергоносители и оцениваются путем сравнения с экономическими показателями использования традиционных источников. Оценка экономической эффективности была выполнена на основе анализа изменения капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат, приведенных к периоду первого года эксплуатации. Все цены на энергоносители приняты по средней цене, утвержденной Федеральной службой по тарифам, включая НДС. Для Краснодарского края цены приняты по данным Региональной энергетической комиссии - департамента цен и тарифов Краснодарского края.

На рисунке 17 представлен график изменения затрат, включающих капитальные расходы на дополнительную теплоизоляцию, капитальные и эксплуатационные расходы на систему автономного теплоснабжения и расходы на энергоносители в зависимости от класса энергоэффективности дома.

200 ООО

5 150 000 \Ь о.

2 100 000 н го

Q.

50 000 0

"Е" "D" "С" "В" "А"

класс энергоэффективности дома

Рис. 17, Зависимости общих затрат от класса энергоэффективности

Наиболее оптимальным уровнем теплозащиты сельского дома с разработанной системой автономного теплоснабжения на базе теплового насоса и оборудования ВИЭ является уровень, соответствующий энергоэффективности класса «В». В этом случае стоимость дополнительной теплоизоляции, стоимость системы автономного теплоснабжения и ежегодные расходы на энергоносители обеспечивают минимальные годовые затраты.

На рисунке 18 показана структура затрат по величине расходов на капиталовложения, эксплуатацию и покупку энергии за год для систем теплоснабжения с различной комбинацией основного оборудования, в сравнении с системой прямого электроотопления. Уровень энергоэффективности дома соответствует классу «В». Параметры оборудования приняты по результатам моделирования. Первые три системы характерны тем, что получают электроэнергию от централизованной сети электроснабжения (положительная величина расходов). Последние две системы с ВЭУ и АКБ обеспечивают электроснабжение теплового насоса и отдают избыточную электроэнергию в сеть (отрицательная величина расходов).

126 449 121 957 122 513

Электр ическое 01 опление тн ТН+СК -,-и.

г 1 шятт 1ЭУ+АКБ

-150000 -100000 -50000 0 50 000 100000 150000 200 000 250 000 300000

Рис. 18. Структура затрат за год для различных комбинаций системы

При условиях низкой процентной ставки и двукратного увеличения стоимости электроэнергии от текущего уровня система теплоснабжения на базе ТН для сельского дома с энергоэффективностью класса «В» становится более выгодной, чем прямое электрическое отопление при работе от электрической сети. Дополнительное использование солнечных коллекторов приводит к удорожанию системы всего на 10%, а с учетом сокращения электропотребления и роста тарифов на традиционные энергоносители этот вариант может быть достаточно привлекательным для инвестиций. При наличии нормативной базы на отпуск избыточной электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, в электрическую сеть вариант полностью автономной системы теплоснабжения по общим затратам становиться на 15% выгоднее теплонасосных систем с централизованным электроснабжением от сети.

Сроки окупаемости дополнительных капитальных вложений при переходе от системы с прямым электрическим отоплением на любой из альтернативных вариантов на базе теплового насоса и ВИЭ представлены в таблице 2.

Таблица 2. Срок окупаемости капитальных вложений для систем теплоснабжения на базе ТН

Вариант системы теплоснабжения ТН* ТН*+СК ТН+ВЭУ** +АКБ ТН+СК+ВЭУ** +АКБ

Капитальные вложения, руб. 323 401 509 977 1 515 701 1 702 277

Экономический эффект, руб. 37 484 41 542 189 724 193 781

Срок окупаемости, лет 9 14 9 10

* - питание от электрической сети;

** - с отпуском электроэнергии в электрическую сеть.

В пятой главе разработана автоматизированная информационно-измерительная система (АИИС) для мониторинга работы оборудования возобновляемой энергетики и систем на его основе. Выполнена идентификация параметров системы автономного теплоснабжения на примере жилого дома, расположенного в условиях Черноморского побережья Краснодарского края. Определена согласованность результатов экспериментальных исследований с теоретическими данными. Разработаны практические рекомендации по

использованию результатов исследований при проектировании и строительстве систем автономного теплоснабжения на оборудовании возобновляемой энергетики.

Экспериментальные исследования проводились с целью проверки адекватности метода динамического моделирования с использованием разработанного измерительного комплекса (рис. 19).

Рис. 19. Комплект оборудования АИИС

Измерения проводились на базе автономного жилого дома с экспериментальной системой теплоснабжения, с использованием оборудования возобновляемой энергетики, расположенного в г. Туапсе Краснодарского края (рис. 20).

1. Наружный блок ТН - Panasonic CU-E90KE (Qh=3,6 кВт. Qc=2,6 кВт)

2. Теплообменник "фреон-вода" Насос - Perfecta Z25/60R (Р=0,086 кВт, п=2000 об/мин. 0=60л/мин) Трехходовой клапан

Коллектор отопительного контура - Divicon Буферная емкость (У=30л, РТЭН=2кВт. 230В) Бак аккумулятор ГВС (У=290л. РТЭН=ЗкВт, 230/400В) Теплообменник трубчатый

Рис. 20. Схема экспериментальной установки

Температурные датчики ТЕ - термометры сопротивления типа РИОО накладного типа. Датчик расхода РБ - счетчик с импульсным выходом. Датчики подключались соответственно к аналоговым и цифровым модулям ввода

АИИС. Температура измерялась на внешних поверхностях прямого и обратного трубопровода контура отопления и ГВС, датчики устанавливались с использованием термопасты и крепились хомутами. Датчик расхода устанавливался в прямой трубопровод контура отопления и водоснабжения. Температурные датчики откалиброваны в диапазоне температур от О °С до 100 °С. Используемые датчики температуры имеют погрешность в пределах 0,1 °С. Датчик расхода теплоносителя откалиброван по разностям измерений. Расход электроэнергии измерялся 3-фазным модулем измерения мощности по величине тока и напряжения. Потребление электроэнергии измерялось отдельно для теплового насоса и электронагревателя.

В результате проведенных измерений была доказана работоспособность экспериментальной системы теплоснабжения автономного жилого дома на базе теплового насоса типа «воздух-вода». Близкое совпадение смоделированных параметров системы автономного теплоснабжения с параметрами, полученными в ходе эксперимента, наглядно свидетельствуют об адекватности разработанной модели для динамического моделирования реальных процессов, происходящих в исследуемой системе. Суммарное теплопотребление за выбранный период составляет 874 кВт ч, из которых 846 кВт ч обеспечивается тепловым насосом и 27 кВт-ч теплоэлектронагревателем. При этом электропотребление ТН составляет 271 кВтч и соответственно общее электропотребление 298 кВт ч (рис. 21). Коэффициент преобразования ТН за период равен 3,12 (рис. 23).

Рис. 21. Результаты моделирования потребляемой электрической энергии

ТН и ТЭН

Основными величинами, полученными в результате измерений, являются электропотребление теплового насоса и дублирующего теплоэлектронагревателя, которые приведены в виде графиков на рисунке 22. По данным измерений, электропотребление ТН составляет 266 кВтч, а ТЭН 46 кВтч. Незначительное расхождение результатов обусловлено тем, что теплопотребление в системе ГВС имеет большую вероятностную составляющую, что и вызывает разброс параметров электропотребления теплоэлектронагревателем. Коэффициент преобразования в среднем за период составляет 3,27 (рис. 23).

й 0,6

і 0,4

І 02 о

0.0

102 11.2 12.2 1а2 14.2 15.2 16.2 17.2 182 19.2 20.2 21.2 22.2 23.2 24.2 25.2 26.2 27.2 28.2

Рис. 22. Результаты измерения параметров электропотребления

Рис. 23. Зависимость электропотребления ТН от температуры наружного воздуха по результатам моделирования и измерений

« юмерешя * ^»эдeгvpcea-wэ

5 10 15

температура *С

Основные результаты исследования можно сформулировать следующим образом,

1. Предложен новый подход к построению системы автономного теплоснабжения, основанный на получении достоверных данных о потенциале ВИЭ в месте дислокации объекта, определении оптимального уровня теплозащиты дома, формировании конфигурации системы автономного теплоснабжения в зависимости от уровня теплопотребления и потенциала ВИЭ в выбранной местности.

2. Доказана перспективность исследования теплового баланса жилого дома по данным мониторинга метеопараметров, а также влияние метеоклиматических параметров на уровень теплопотерь жилого дома и возможность их восполнения за счет возобновляемых источников.

3. Разработана и внедрена автоматизированная информационно-измерительная система мониторинга метеопараметров и обработки данных для получения среднечасовых величин, характеризующих потенциал возобновляемых источников, а также мониторинга параметров функционирования систем автономного теплоснабжения;

4. Разработана концепция автономного теплоснабжения сельского дома, в которой определены основные требования, предъявляемые к уровню теплозащиты жилого дома, и особенности построения систем автономного теплоснабжения. Предложена методика расчета теплопотребления на отопление и горячего водоснабжения сельского дома на основе среднечасовых исходных данных, полученных в ходе мониторинга метеопараметров.

5. Для оптимизации параметров по показателям эффективности выполнен сравнительный технико-экономический анализ различных вариантов системы автономного теплоснабжения сельского дома. Срок окупаемости системы автономного теплоснабжения с оптимальными параметрами уровня теплозащиты дома и мощности используемого оборудования составляет не более 10 лет.

6. Разработаны практические рекомендации для проектирования и строительства систем автономного теплоснабжения на оборудовании возобновляемой энергетики для индивидуальных жилых домов, которые использованы при проектировании и разработке системы автономного теплоснабжения жилого дома, расположенного в г. Туапсе Краснодарского края.

Основные публикации по теме диссертационной работы

Публикации, рекомендованные перечнем ВАК

1. Чемеков В.В. Основные положения концепции автономного жилого дома // Альтернативная энергетика и экология. 2011. № 7. С. 122-128.

2. Чемеков В.В. Анализ ветрового режима и моделирование работы ветроэлектрической установкой в условиях Черноморского побережья Краснодарского края // Альтернативная энергетика и экология. 2011. № 12. С. 49-55.

3. Чемеков В.В. Системы солнечно-геотермального теплоснабжения сельского потребителя // Сельский механизатор. 2009. № 3. С. 24-25; № 4. С. 27.

4. Чемеков В.В. Построение математической модели системы автономного теплоснабжения на базе теплового насоса // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. 2012. № 2-2(147). С. 167-172.

Публикации в других изданиях

5. Харченко В.В., Чемеков В.В., Тихонов П.В., Адомавичюс В.Б. Теплоснабжение дома от теплонасосной системы, использующей возобновляемые источники энергии // Lietuvos taikomiyi} mokslq akademijos mokslo darbai. Tarptautinis inovacinis taikomi|ji} mokslo darbij zurnalas (Научные труды Академии прикладных наук Литвы. Международный инновационный журнал прикладных научных трудов), ISSN 1822-0754. Klaipeda: Klaipedos universiteto leidykla. 2011. Nr. 3. P. 45-52.

6. V. Chemekov, V. Kharchenko, V. Adomavicius. Modelling of autonomous heating, ventilating and air conditioning system based on the heat pump and wind turbine // Proceedings of the 6th international conference on electrical and control technologies «ЕСТ-2011». Kaunas, Lithuania. P. 307-310.

7. V. Kharchenko, V. Chemekov, D. Strebkov, V. Adomavicius. Multipurpose measuring complex for continuous monitoring of RES based power systems II Proceedings of the 6th international conference on electrical and control technologies «ЕСТ-2011». Kaunas, Lithuania. P. 311-316.

8. Strebkov D.S., Khakhaev B.N., Kharchenko V.V., Kudrjavtsev E.P., Kalinin M.I., Chemekov V.V. Advanced technologies for heating and hot vvater supply in condition of low level of solar insolation // llth International Conférence on Solar Energy at High Latitudes «NorthSun 2007» (30th May - lst June, 2007, Riga, Latvia). Abstract Book. P. 63-64.

9. Харченко В.В., Чемеков В.В. Автономные комбинированные системы теплоснабжения с использованием геотермальной энергии // Сборник научных трудов и инженерных разработок. Ориентированные фундаментальные исследования РФФИ - федеральные целевые программы, наукоемкое производство. 2007. С. 108-111.

10.Харченко В.В., Чемеков В.В. Солнечная энергия для ГВС: от теории к практике // АКВА-ТЕРМ. 2008. № 2 (42). С. 22-66.

11 .Харченко В.В., Чемеков В.В., Кудрявцев Е.П. Солнечно-теплонасосная система теплоснабжения сельского дома // Труды 6-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». (13-14 мая 2008, Москва). Ч. 4. С. 245-250.

12. Чемеков В.В. Обоснование параметров и технических решений автономной системы энергоснабжения сельского дома // Вестник РГУИТП. 2009. № 1. С. 33-36.

13. Адомавичюс В.Б., Харченко В.В., Чемеков В.В. Соотношение мощностей в гибридной солнечно-ветровой водонагревательной системе // Труды 6-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (13-14 мая 2008, Москва). Ч. 4. С. 332-337.

14. Чемеков В.В. Измерение метеорологических данных для проектирования систем энергоснабжения на основе ВИЭ // Материалы шестой Всероссийской научной молодежной школы «Возобновляемые источники энергии» (25-27 ноября 2008, Москва). Ч. 2. С. 121-126.

15.Харченко В.В., Чемеков В.В. Расчет солнечной установки горячего водоснабжения // АКВА-ТЕРМ. 2009. № 3 (49). С. 58-60.

16. Чемеков В.В. Оценка эффективности применения тепловых насосов типа «воздух-вода» для теплоснабжения индивидуальных жилых домов в климатических условиях Краснодарского края // Труды 7-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (18-19 мая, 2010, Москва). Ч. 4. С. 293-298.

17. RU2350847C1. Система автономного теплоснабжения потребителей с использованием низкопотенциального источника тепла и электроснабжения от возобновляемых источников энергии (Стребков Д.С., Харченко В.В., Чемеков В.В.). Опубликовано: 27.03.2009. Бюл. № 9.

18. RU2382281C1. Система автономного теплоснабжения и холодоснабжения зданий и сооружений (Стребков Д.С., Харченко В.В., Чемеков В.В.). Опубликовано: 20.02.2010. Бюл. № 5.

19. № 103624 (полезная модель). Измерительный комплекс для мониторинга работы оборудования возобновляемой энергетики (Стребков Д.С., Харченко В.В., Чемеков В.В.). Опубликовано: 20.04.2011. Бюл. № 11.

Подписано в печать: 23.08.2012 Тираж: ЮОэкз. Заказ №908 Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, Ленинградский проспект д.74 (495)790-47-77 www.reglet.ru

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Перспективы использования возобновляемых источников энергии в системах автономного теплоснабжения.

1.2 Анализ методов оценки потенциала возобновляемых энергоресурсов.

1.3 Анализ методов оценки энергоэффективности малоэтажного строительства

1.4 Формулировка методики обоснования параметров системы автономного теплоснабжения.

1.5 Цель и задачи исследования.

2 МОНИТОРИНГ МЕТЕОПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ИСТОЧНИКИ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ.

2.1 Разработка измерительной системы мониторинга метеопараметров.

2.2 Результаты мониторинга метеопараметров.

2 .3 Сравнительная характеристика результатов мониторинга метеопараметров с данными стационарных метеостанций.

2 .4 Оценка потенциала источников возобновляемой энергии.

2.4.1 Оценка низкопотенциальных источников тепла.

2.4.2 Оценка ветрового энергетического потенциала.

2.4.3 Оценка потенциала солнечной энергии.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ СЕЛЬСКОГО ДОМА.

3.1 Разработка концепции автономного теплоснабжения сельского дома.

3.2 Разработка методики расчета теплопотребления жилого дома на основе данных мониторинга метеопараметров.

3 .2 .1 Параметры микроклимата и температурный режим.

3.2.2 Расчет теплопотребления на отопление.

3.2.3 Расчет нагрузки горячего водоснабжения.

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ

АВТОНОМНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.

4.1 Разработка системы автономного теплоснабжения на основе комбинированного использования возобновляемых источников энергии.

4.2 Модели теплогенерирующего оборудования.

4.2.1 Анализ рабочих характеристик теплового насоса «воздух-вода».

4.2.2 Анализ теплового баланса солнечного коллектора, водонагревателя и теплообменника.

4.3 Модели электрогенерирующего оборудования.

4.3.1 Анализ параметров работы ветроэлектрической установки.

4.3.2 Анализ параметров работы фотоэлектрических модулей.

4.3.3 Анализ параметров работы электрохимических аккумуляторов.

4.4. Оптимизация параметров системы автономного теплоснабжения.

4.4.1 Разработка модели системы автономного теплоснабжения.

4.4.2 Определение оптимальных параметров теплового насоса.

4.4.3 Определение оптимальных параметров солнечных коллекторов.

4.4.4 Определение оптимальных параметров ветроэлектрической установки и фотоэлектрических модулей.

4.5 Оценка экономической эффективности системы автономного теплоснабжения.

4.5.1 Методика определения показателей экономической эффективности.

4.5 .2 Технико-экономическая оптимизация параметров.

5 ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОГО ДОМА.

5.1 Разработка автоматизированной информационно-измерительной системы мониторинга параметров функционирования систем автономного теплоснабжения.

5.2 Измерение параметров экспериментальной системы теплоснабжения на базе теплового насоса «воздух-вода».

Использование экологически чистых возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для южных регионов становится особенно актуальным, так как одним из важнейших направлений является развитие курортного комплекса в условиях природоохранных зон. В Краснодарском крае исторически сложилось так, что большая часть строящегося жилья (порядка 70%) это малоэтажная индивидуальная застройка. Так, например, в 2006 г. в крае построили и ввели в эксплуатацию 1 млн 800 тыс. м индивидуального малоэтажного жилья, в 2007 г. — 2 млн 597 тыс. м . Вместе с тем в городах и районах края уже отобраны около двухсот участков общей площадью 3300 га, которые будут до 2015 г. комплексно застраиваться жильем, в том числе 630 га малоэтажным [1]. В то же время электроснабжение курортной зоны Краснодарского края слабо развито в связи с труднодоступностью района в условиях гористой местности, дефицитом генерирующих мощностей, низкой надежностью электрических сетей, что также повышает перспективность использования возобновляемых источников энергии, особенно для объектов, удаленных от существующих централизованных энергосистем.

Южный федеральный округ является энергодефицитным регионом. Несмотря на то что мощность Сочинской ТЭЦ увеличена до 160 МВт (в 2008 г. введена в эксплуатацию вторая очередь строительства), а Краснодарской ТЭЦ до 744 МВт (в 2011 г. увеличена на 410 МВт за счет ввода новой парогазовой установки), собственные генерирующие мощности Краснодарского края покрывают только около 50% электропотребления. Основные электрогенерирующие мощности ЮФО расположены в соседних с Краснодарским краем субъектах: Ставропольская ГРЭС мощностью 2,4 ГВт, Волгодонская АЭС мощностью 2 ГВт. В то же время около половины муниципальных образований края на данный момент не имеют резервов электропотребления. Газоснабжение Черноморского побережья Краснодарского края по-прежнему остается острой проблемой. Только в 2010 г. было принято решение о строительстве газопровода Джубга — Лазаревское — Сочи по дну Черного моря в связи со строительством олимпийских объектов в районе города Сочи и его развития как горноклиматического курорта. Протяженность газопровода составит 177 км, из которых 159,5 км пройдут по дну Черного моря вдоль прибрежной полосы на расстоянии 4,5 км от берега, при этом ежегодная производительность газопровода составит около 3,8 млрд куб. м. газа в год.

В настоящее время из всех видов возобновляемых источников наиболее широко используется солнечная энергия, технологии преобразования которой в тепловую энергию наиболее развиты и широко распространены. Для использования в системах автономного теплоснабжения также одним из перспективных источников является низкопотенциальная тепловая энергия, фактически та же солнечная энергия, накопленная в грунте, воде и воздухе окружающей среды. Например, оцененный потенциал низкопотенциальной геотермальной энергии для Ярославской области на глубине 100.200 м, составляет 1,5. 1,75 млн т.у.т., и по некоторым оценкам этого достаточно, чтобы покрыть 30.40% годового теплопотребления региона [2]. В более теплых климатических условиях Краснодарского края со средней температурой воздуха в отопительный период около +5 °С предпочтительнее использовать низкопотенциальную теплоту воздуха. В этом случае трансформирование тепловой энергии с низкого температурного уровня на более высокий осуществляется с помощью тепловых насосов (ТН) типа «воздух-вода», позволяющих получить температуру теплоносителя, пригодную для нужд как отопления, так и горячего водоснабжения (ГВС).

Для питания компрессора теплового насоса необходима электроэнергия, а значит, для работы системы автономного теплоснабжения на базе теплонасосной установки (ТНУ) требуются дополнительные источники электроснабжения. Рассматривая только возобновляемые виды энергии в качестве электрогенерирующего оборудования, можно использовать фотоэлектрические модули (ФЭМ), ветроэлектрические установки (ВЭУ) и в редких случаях микроГЭС, а также комбинированные системы на их основе [3].

Фотоэлектрические модули не всегда могут полностью обеспечить электропитание компрессора теплового насоса, особенно в зимние дни с низкой интенсивностью солнечной радиации и в то же время с высокой потребностью дома в отоплении. Кроме того, фотоэлектрические преобразователи имеют сравнительно низкий КПД, в связи с чем для получения требуемой мощности необходимо использовать большое количество ФЭМ. Поэтому более предпочтительным выглядит преобразование солнечного излучения в тепловую энергию с помощью солнечных коллекторов (СК) и использования ее для нужд горячего водоснабжения. В случае совместного использования ТН и СК появляется возможность повысить общую эффективность их использования путем догрева низкопотенциального теплоносителя, поступающего в испаритель ТН, за счет тепла, полученного от солнечного излучения в СК. Кроме того, сокращается потребление электрической энергии, затрачиваемой на привод компрессора ТН. В таком случае хорошим источником электрической энергии для системы теплоснабжения с ТН и СК будет являться ВЭУ, которая при благоприятных ветровых условиях способна покрыть всю электрическую нагрузку теплового насоса. При определенных соотношениях мощностей теплового насоса, ветроэлектрической установки, фотоэлектрических модулей, площади солнечных коллекторов, емкости тепловых и электрических аккумулирующих устройств, принятых для покрытия расчетной тепловой нагрузки жилого дома, достигается минимум затрат на систему в целом. Поэтому возникает задача обоснования параметров таких комбинированных систем путем оптимизации технико-экономических характеристик и определения наилучших параметров оборудования, режимов его функционирования и показателей эффективности.

Все это определяет актуальность исследования и позволяет сформулировать цели и задачи.

Цель исследования — обоснование параметров системы автономного теплоснабжения сельского дома, построенной на оборудовании возобновляемой энергетики, с одновременным учетом потенциала ВИЭ и тепловых потерь объекта, обусловленных погодно-климатическими условиями в месте дислокации объекта и теплозащитными параметрами здания.

Задачи исследования:

- разработка измерительной системы непрерывного мониторинга метеопараметров непосредственно в выбранной местности с функцией обработки полученных данных для определения достоверных величин потенциала возобновляемых энергоресурсов;

- разработка концепции автономного теплоснабжения сельского дома и методики расчета теплопотребления на основе данных мониторинга метеопараметров;

- формирование конфигурации системы автономного теплоснабжения на основе данных о потенциале ВИЭ;

- разработка системы автономного теплоснабжения и построение ее модели, учитывающей взаимосвязь величины теплопотребления и потенциала ВИЭ;

- оптимизация параметров системы по показателям эффективности с использованием динамического моделирования и исходных данных, характеризующих среднечасовые величины теплопотребления и потенциала ВИЭ.

Научная новизна: выполнено обоснование параметров системы автономного теплоснабжения с учетом достоверных данных о потенциале возобновляемых источников, полученных в выбранной местности, и уровня теплозащиты здания;

- разработана автоматизированная информационно-измерительная система мониторинга метеопараметров и обработки данных для получения среднечасовых величин, характеризующих потенциал возобновляемых источников, а также мониторинга параметров функционирования систем автономного теплоснабжения;

- впервые выполнено исследование теплового баланса жилого дома по данным мониторинга метеопараметров;

- показано влияние метеоклиматических параметров на уровень теплопотерь жилого дома и возможность их восполнения за счет возобновляемых источников;

- разработана система автономного теплоснабжения и ее модель на основе взаимосвязи величин теплопотребления и энергии, получаемой от возобновляемых источников;

- на примере объекта, функционирующего в условиях Черноморского побережья Краснодарского края, обоснованы параметры системы автономного теплоснабжения сельского дома и подтверждена адекватность предложенной модели.

Научная новизна исследования подтверждена двумя патентами на изобретение и патентом на полезную модель.

Достоверность результатов исследования подтверждается использованием обоснованных и проверенных научных методов, использованием адекватного математического аппарата и динамического моделирования с применением ПЭВМ, применением сертифицированного измерительного оборудования, а также совпадением результатов моделирования с известными численными оценками и результатами измерений, выполненных на опытных образцах.

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование параметров системы автономного теплоснабжения сельского дома, построенной на оборудовании возобновляемой энергетики, выполняется с одновременным учетом потенциала возобновляемых источников и уровня теплозащиты жилого дома;

- потенциал возобновляемых источников и теплопотребление здания определяется на основе данных, получаемых в результате непрерывного мониторинга метеопараметров, проводимого непосредственно в выбранной местности; оптимизация параметров системы автономного теплоснабжения осуществляется путем динамического моделирования на основе уравнений баланса теплопотребления и энергии, получаемой от возобновляемых источников;

- исходными данными для моделирования служат среднечасовые величины температуры наружного воздуха, скорости ветра и солнечной радиации.

Практическая значимость исследования состоит в разработке научно обоснованных практических рекомендаций, предназначенных для проектирования и строительства систем автономного теплоснабжения индивидуальных жилых домов на основе оборудования возобновляемой энергетики. Использование рекомендаций позволяет в каждом конкретном случае для выбранных климатических условий определить стратегию и сформировать конфигурацию системы с оптимальными параметрами оборудования, режимами функционирования и технико-экономическими характеристиками. Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, использованы в лабораторном практикуме и учитываются при разработке методических рекомендаций.

Апробация работы выполнена в виде докладов на международных конференциях, специализированных выставках, научных школах и конкурсах:

11th International Conference on Solar Energy at High Latitudes «NorthSun 2007» (30th May — 1st June 2007, Riga, Latvia).

VIII Международная научно-практическая конференция «Возобновляемая энергетика XXI века» (17-21 сентября 2007, Крым, Украина).

8-я специализированная выставка «Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация ОПК» (2-5 октября 2007, Москва).

IV Международная конференция «Возобновляемая и малая энергетика — 2007» (24-25 октября 2007, Москва).

XIII Международная научно-техническая конференция «Теплоэнергетика XXI века» (10-12 апреля 2008, пансионат «Юность», Щелково).

6-я Международная научно-техническая конференция «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (13-14 мая 2008, Москва).

IV Всероссийский конкурс «Инновационные и технологические предпринимательские проекты среди молодежи» (14-16 октября 2008, Москва).

Шестая Всероссийская научная молодежная школа «Возобновляемые источники энергии» (25-27 ноября 2008, Москва).

7-я Международная научно-техническая конференция «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (18-19 мая 2010, Москва).

Молодежная программа «Инвестирование в будущее» в рамках международной ежегодной конференции и выставки «Russia Power 2011» (30 марта 2011, Москва).

The 6th international conference on electrical and control technologies «ЕСТ-2011» (May 5-6 2011, Kaunas, Lithuania).

Всероссийский конкурс научных работ в области возобновляемых источников энергии «Стипендия BELLONA — 2011» (21 декабря 2011, Санкт-Петербург).

По теме диссертации автором опубликовано 16 статей, в том числе четыре статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК, два патента на изобретение и патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Диссертация изложена на 143 страницах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работа представляет научное исследование, основные результаты которого можно сформулировать следующим образом.

1. Предложен новый подход к построению системы автономного теплоснабжения, основанный на получении достоверных данных о потенциале ВИЭ в месте дислокации объекта, определении оптимального уровня теплозащиты дома, формировании конфигурации системы автономного теплоснабжения в зависимости от уровня теплопотребления и потенциала ВИЭ в выбранной местности.

2. Доказана перспективность исследования теплового баланса жилого дома по данным мониторинга метеопараметров, а также влияние метеоклиматических параметров на уровень теплопотерь жилого дома и возможность их восполнения за счет возобновляемых источников.

3. Разработана и внедрена автоматизированная информационно-измерительная система мониторинга метеопараметров и обработки данных для получения среднечасовых величин, характеризующих потенциал возобновляемых источников, а также мониторинга параметров функционирования систем автономного теплоснабжения;

4. Разработана концепция автономного теплоснабжения сельского дома, в которой определены основные требования, предъявляемые к уровню теплозащиты жилого дома, и особенности построения систем автономного теплоснабжения. Предложена методика расчета теплопотребления на отопление и горячего водоснабжения сельского дома на основе среднечасовых исходных данных, полученных в ходе мониторинга метеопараметров.

5. Для оптимизации параметров по показателям эффективности выполнен сравнительный технико-экономический анализ различных вариантов системы автономного теплоснабжения сельского дома. Срок окупаемости системы автономного теплоснабжения с оптимальными параметрами уровня теплозащиты дома и мощности используемого оборудования составляет не более 10 лет.

6. Разработаны практические рекомендации для проектирования и строительства систем автономного теплоснабжения на оборудовании возобновляемой энергетики для индивидуальных жилых домов, которые использованы при проектировании и разработке системы автономного теплоснабжения жилого дома, расположенного в г. Туапсе Краснодарского края.

1. Результаты мониторинга метеопараметровОсновные результаты измерений представлены в табл среднемесячных значений, полученных по среднечасовым величинам, за период наблюдений с января по декабрь 2008 г.

2. Ткачев А.Н. Мы будем развивать массовое строительство быстровозводимого жилья // Малоэтажное строительство: сайт. — URL:http://www.mks-mg.ru/archive405.html (дата обращения: 15.04.2010).

3. Парфилов A.C. Реновация деревни: создание агропоселений будет стимулировать развитие АПК // Малоэтажное и коттеджное строительство: сайт — URL:http://www.mks-mg.ru/archive/10/l l.html (дата обращения: 15.04.2010).

4. Канакин Н.С., Коган Ю.М. Технико-экономические вопросы электрификации сельского хозяйства. М.: Энергоатомиздат, 1986. — 192 с.

5. Ильин А.К, Шишкин Н.Д. Автономные теплоэнергетические комплексы: структура, характеристики, эффективность / Южный научный центр РАН. — Ростов-на-Дону, 2004. — 112 с.

6. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 392 с.

7. Transient Systems Simulation Tool // TRNSYS.COM: сайт разработчика. 2011. URL:http://www.trnsys.com (дата обращения: 19.01.2008).

8. Справочник по климату СССР. Вып. 13. Ч. 1П. Ветер. — JL: Гидрометеоиздат, 1967. — 333 с.

9. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Многолетние данные. Вып. 13. Ч. 1-6 / Гос. Ком. СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды, Северо-Кавказское территориальное управление по гидрометеорологии. — JL: Гидрометеоиздат, 1990. — 724 с.

10. Атлас ветров России / А.Н. Старков, JI. Ландберг, П.П. Безруких, М.М. Борисенко. Министерство топлива и энергетики России, Национальная лаборатория Рисо (Дания), Российско-Датский институт энергоэффективности. М.: Можайск-Терра, 2000. — 560 с.

11. Atmospheric Science Data Center / NASA Langley Research Center. 2008. URL:http://eosweb.larc.nasa.gov (дата обращения: 13.02.2008).

12. Meteonorm / Meteotest. 2008. URL:http://meteonorm.com (дата обращения: 13.02.2008).

13. Пивоварова З.И., Стадник В.В. Климатические характеристики солнечной радиации как источника энергии на территории СССР. — Л.: Гидрометеоиздат, 1988. — 292 с.

14. Рекомендации по определению климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1989 — 80 с.

15. Харитонов В.П. Автономные ветроэлектрические установки. — М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006. — 280 с.

16. Николаев В.Г. Об эффективности методик прогноза ВЭП, энергетических и экономических показателей ВЭС в РФ // Малая энергетика. — 2010. — № 1.

17. Строительство в России. 2008: стат. сб. — М.: Росстат, 2008. — 213 с.

18. Маркетинговое исследование рынка деревянных домов / Маркетинговая Группа «Текарт». 1999-2010. URL:http://www.research-techart.ru/research (дата обращения: 22.01.2010).

19. Regelsamling for byggande, BBR 2008 / Boverket 2008. URL:http://www.boverket.se (дата обращения: 22.02.2010).

20. Amtliche Fassung Wormegesetz 2009: Bundesgesetzblatt, Bundesanzeiger, Jahrgang 2008, Teil I, Nr. 36, Seite 1658, 18. Aug. 2008. — URL:http://www.bundesgesetzblatt.de (дата обращения: 22.02.2010).

21. New EU energy label: a guide for retailers / CECED 2012. URL:http://www.newenergylabel.com (дата обращения: 10.06.2011).

22. Тепловая защита зданий: строительные нормы и правила РФ. СНиП 23-022003: приняты и введены в действие с 1 октября 2003 г. постановлением № 113 Госстроя России от 26 июня 2003 г. // Госстрой России. — 2003.

23. Основные положения по проектированию пассивных домов / В. Файст. Пер. с нем. с доп. под ред. А.Е. Елохова. — М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. — 144 с.

24. Davis // DAVISNET.COM: Davis Instruments. 2007. URL:http://www.davisnet.com/weather/index.asp (дата обращения: 10.11.2007).

25. Coastal Environmental Systems, Inc. 2007. URL:http://www.coastalenvironmental.com (дата обращения: 10.11.2007).

26. Vaisala // VAISALA.COM: Vaisala Group. 2007. URL:http://www.vaisala.com/en/pages/default.aspx (дата обращения: 10.11.2007).

27. Сервер Погода России / Институт космических исследований РАН. 2009. http ://meteo. infospace.ru/win/wcarch/html/ rdaystn. sht?num=2301 (дата обращения: 26.01.2009).

28. Зубарев В.В., Минин В.А., Степанов И.Р. Использование энергии ветра в районах севера: состояние, условия эффективности, перспективы. — JL: Наука, 1989. — 208 с.

29. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 200 с.

30. Чемеков В.В. Анализ ветрового режима и моделирование работы ветроэлектрической установкой в условиях Черноморского побережья Краснодарского края // Альтернативная энергетика и экология. — 2011. — № 12, —С. 49-55.

31. Проектирование тепловой защиты зданий: свод правил по проектированию и строительству. СП 23-101-2000: одобрен постановлением № 134 Госстроя России от 22 декабря 2000 г. // Госстрой России. — 2001.

32. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление: учебник для вузов. — М.: Стройиздат, 1991. — 735 с.

33. Васильев Г.П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли: монография. — М.: Издательский дом «Граница», 2006. — 176 с.

34. Гелиотехника Logasol для горячего водоснабжения и поддержки отопления. Документация для планирования и проектирования / Будерус отопительная техника, 2005. — 118 с.

35. Харченко В.В., Чемеков B.B. Солнечная энергия для ГВС: от теории к практике // Аква-Терм. — 2008. — № 2(42). — С. 22-26.

36. Стребков Д.С., Харченко В.В., Чемеков В.В. Система автономного теплоснабжения потребителей с использованием низкопотенциального источника тепла и электроснабжения от возобновляемых источников энергии // Патент России № 2350847.2009. Бюл. № 9.

37. Стребков Д.С., Харченко В.В., Чемеков В.В. Система автономного теплоснабжения и холодоснабжения зданий и сооружений // Патент России № 2382281. 2010. Бюл. №5.

38. Amtliche Fassung der WSchVO 1995: Bundesgesetzblatt, Bundesanzeiger, Köln, Jahrgang 2004, Teil I, Nr. 16, Aug. 1994, Seite 2121. — URL:http://www.bundesgesetzblatt.de (дата обращения: 22.02.2010).

39. Amtliche Fassung der EnEV 2002: Bundesgesetzblatt, Bundesanzeiger, Köln, Jahrgang 2001, Teil I Nr. 59, Seite 3085, 21. Nov. 2001. — URL:http://www.bundesgesetzblatt.de (дата обращения: 22.02.2010).

40. Föreskrifterna i Svensk byggnorm 1980: utdrag ur Svensk byggnorm 1980 (PFS 1980:1) LiberFörlag/Allmänna fori., 1982, s.196.

41. Чемеков В.В. Основные положения концепции автономного жилого дома // Альтернативная энергетика и экология. — 2011. — № 7. — С. 122-128.

42. Кокорин О.Я. Современные системы кондиционирования воздуха. — М.: Физматлит, 2003. — 272 с.

43. Кокорин О.Я. Подбор теплоизвлекающего и теплоотдающего теплообменников. Методические указания. — М.: МГСУ, 1997. — 26 с.

44. Тарабанов М.Г., Прокофьев П.С. Роторный утилизатор теплоты: результаты экспериментальных исследований // АВОК. — 2011. — № 7.

45. Planungsanleitung Vitovent 300. Wohnungsluftungs System mit Warmeruckgewinnung / Viessmann Werke GmbH&Co, 2002. — 32 s.

46. Jordan I J., Vajen K. Influence of the DHW profile on the Fractional Energy Savings A Case Study of a Solar Combisystem, in CD-ROM of the Third ISES Europe Solar Congress EuroSun 2000, Copenhagen, Denmark, 2000.

47. Jordan I J., Vajen K. DHWcalc: Program to Generate Domestic Hot Water Profiles with Statistical Means for User Defined conditions, Proc. ISES Solar World Congress, Orlando, 08.08. 12.08.2005, CD-ROM.

48. Weiss W., Ed. Solar Heating Systems for Houses, A Design Handbook for Solar Combisystems / International Energy Agency (ГЕА), Solar Heating&Cooling Programme, James&James Ltd, London, UK, 2003. — 330 p.

49. Stälbom G., Kling R. Legionella: Risker i VVS-installationer. Handbook, VVS-installatörerna, Alfa Print AB, Sweden, 2002. — S. 47.

50. VITOCAL 300/350. Тепловые насосные установки Viessmann. Инструкция по проектированию / Viessmann Werke GmbH&Co, 2004. — 96 с.

51. Projektierungs und Installationshandbuch Wärmepumpen. Planungsunterlage Ausgabe / BBT Thermotechnik GmbH Buderus Deutschland, 2005. — 142 s.

52. VITOCAL 300 Luft/Wasser Wärmepumpe 5,4 bis 14,6 kW. Datenblatt. Technische Änderungen vorbehalten / Viessmann Werke GmbH&Co, 2002. — 12 s.

53. Трушевский C.H. Последствия использования теплоты грунтовых вод и грунта тепловыми насосами // Техника в сельском хозяйстве. — 2011. — № 5. — С. 28-29.

54. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 208 с.

55. Solar engineering of thermal processes / John A. Duffie, William A. Beckman. -2nd ed. Wiley, John&Sons, Incorporated, 1991. — 918 p.

56. Каталог ветрогенераторов Euro Wind // Украинская альтернативная энергетика. 2009. URL:http://wind.ae.net.ua (дата обращения: 28.06.2009).

57. Харченко В.В., Чемеков В.В. Расчет солнечной установки горячего водоснабжения // АКВА-ТЕРМ. — 2009. — № 3 (49). — С. 58-60.

58. Берндт Д. Конструкторский уровень и технические границы применения герметичных батарей: сравнение герметичных и герметизированных батарей: доклад, март 1993 / АО Варта Баттери научно-исследовательский центр. — К.: МОО Наука и техника, 1998. — 33 с.

59. Харченко В.В., Чемеков В.В. Солнечная энергия для ГВС: от теории к практике // АКВА-ТЕРМ. — 2008. — № 2 (42). — С. 22-66.

60. Солнечные коллекторы Vitosol. Инструкция по проектированию / Viessmann Werke GmbH&Co, 2003. — 88 с.

61. Solar wind / Solar wind LLC. 2009. URL:http://www.solwind.ru (дата обращения: 28.06.2009).

62. Просолар / ProSolar. 2008. URL:http://www.prosolar.ru (дата обращения: 28.06.2009).

63. Sun energy / Sun energy. 2011. URL:http://www.sunenergys.ra (дата обращения: 12.03.2011).

64. Экономическая энциклопедия / Гл. ред. Л.И. Абалкин. — М.: ОАО Изд-во «Экономика», 1999. — 1055 с.

65. Экономический образ мышления / П. Хейне . — 2-е изд., стер. — М.: Дело, 1992.— 701 с.

66. Чемеков В.В. Построение математической модели системы автономного теплоснабжения на базе теплового насоса // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. 2012. № 2-2(147). С. 167-172.

67. Драгайцев В.И., Морозов Н.М. Методика экономической оценки технологий и машин в сельском хозяйстве. — М.: Изд-во ГНУ ВНИИЭСХ, 2010. — 146 с.

68. Сачко Н.С. Фактор времени в советской экономике. — М.: Мысль, 1997. — 205 с.

69. Ставка рефинансирования ЦБ РФ на сегодня и за все годы (с 1992 года по 2011 год) // Банкирша.сот. 2011. URL:http://www.baIlkirsha.com/all-rates-of-refunding-of-the-central-bank-with-1992.html (дата обращения: 05.08.2011).

70. Обзор условий кредитования бизнеса в Европе / Агентство финансовой статистики 81а1Вапкег. 2009. URL:http://www.statbanker.ru/news (дата обращения: 03.09.2011).

71. Информация об уровнях цен и тарифов / Региональная энергетическая комиссия: департамент цен и тарифов Краснодарского края. 2008. ХЖГ:11йр://гек23.ги/1ап£Г8/тГо (дата обращения: 13.05.2011).

72. РИА-Аналитика: рейтинг стран по ценам на электроэнергию / РИА Новости. 2011. URL:http://www.eneгgosoft.info/moгe/moгetarif.html (дата обращения: 03.09.2011).

73. Экономика социалистической промышленности / Под ред. Г.А. Егизаряна, А.Г. Омаровского. — М.: Изд-во МГУ, 1983. — 368 с.

74. Стребкое Д.С., Харченко В.В., Чемеков В.В. Измерительный комплекс для мониторинга работы оборудования возобновляемой энергетики // Патент России № 103624 (полезная модель). 2011. Бюл. №11,

75. Multipurpose measuring complex for continuous monitoring of RES based power systems // Proceedings of the 6th international conference on electrical and control technologies «ЕСТ-2011» Kaunas, Lithuania, 2011. — P. 311-316.

76. Wago / WAGO Kontakttechnik GmbH&Co. KG. 2009. URL:http://www.wago.com/cps/rde/xchg/wago/style.xsl/rus-index.html (дата обращения: 08.09.2009).

77. Smart Software Solutions / 3S — Smart Software Solutions GmbH. 2009. URL:http://www.3s-software.com/index.shtml?russ-homepage (дата обращения: 21.12.2009).