Повышение инвестиционной привлекательности аквапарка на 75 мест за счет внедрения энергосберегающих технологий

       Технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием солнечной радиации существуют уже давно, постоянно усовершенствуются и, что не менее важно, уже нашли и продолжают находить самое широкое применение в повседневной жизни современного человека. Сегодня использование солнечной радиации в качестве современных энергосберегающих технологий, альтернативных нефти, газу и углю способов получения экологически чистого источника энергии, считается одним из перспективных направлений в области энергетической безопасности и защиты окружающей среды. Первыми это поняли жители европейских стран с высоким жизненным уровнем. Вопросы загрязнения окружающей среды стали для них настолько остры и очевидны, что в рамках решения данной проблемы в ООН был разработан и принят так называемый Киотский протокол, в рамках которого для каждого государства были определены допустимые нормы ежегодного выброса в атмосферу вредных веществ. Не глядя на всю очевидность проблемы, ее понимание и постоянно ухудшающуюся вследствие деятельности человека экологическую ситуацию, у Киотского протокола нашлось немало противников. В первую очередь, это страны с высоким уровнем энергопотребления, например, Соединенные Штаты Америки, которые отказались от его подписания. Но невзирая на это, в США, Австралии, Германии и ряде других стран уже давно и широко используются генерирующие солнечную радиацию установки. Генерирующим и превращающим солнечную радиацию в тепловую и электрическую энергию элементом являются солнечные коллекторы, называемые в быту солнечными батареями. Как уже писалось ранее, жители европейских и западных стран первыми поняли все преимущества таких установок и уже широко применяют их в качестве получения тепловой и электрической энергии для обогрева домов, теплиц, и бассейны в данном случае не составляю исключения. Бассейны, оборудованные солнечными, или так называемыми еще гелиосистемами, также используемыми в качестве получения тепловой энергии из солнечной радиации, позволяют экономить от 50% до 70% необходимой для обогрева бассейнов и воды энергии. Процентный показатель эффективности таких установок зависит как от климатических условий того или иного региона, продолжительности светового дня, температуры и интенсивности солнечной радиации, площади и эксплуатационных характеристик используемых коллекторов, а также от проектировки и используемых при строительстве помещений материалов. В таком случае речь идет о так называемых и уже строящихся «умных» энергосберегающих домах. Общая концепция проектирования и строительства таких домов и помещений направлена на максимальное снижение расхода тепловой и электрической энергии вследствие использования инновационных проектировочных решений, современных строительных технологий и материалов, а также использование современной бытовой техники и инженерно-технических коммуникаций и оборудования с минимальным уровнем потребления тепловой и электрической энергии. Озабоченные надвигающимися глобальными изменениями климата европейцы с высоким жизненным уровнем уже сделали свой выбор – энергосберегающие технологии в быту уже стали для них нормой жизни. Энергосберегающие технологии для отопления и подогрева воды в бассейнах в сочетании с автоматизацией процесса управления инженерно-техническими коммуникациями и оборудованием сократят расходы потребляемой тепловой и электрической энергии и выброс загрязняющих атмосферу веществ. Одна из таких, используемых в качестве энергосберегающих технологий гелеоустановок, аккумулирующих и преобразующих солнечную радиацию в тепловую энергию для подогрева воды в бассейнах. На первом этапе, прокачиваемая насосом через фильтр вода попадает в солнечный коллектор. На втором этапе, нагретая в коллекторе вода поступает обратно в бассейн. Как показано на рисунке, в системе гелеоустановки предусмотрены воздушный и обратный клапаны, байпасная линия с вентилем. В данном случае, материал корпуса коллектора должен иметь высокие антикоррозийные характеристики, исключающие образование коррозийных процессов вследствие постоянного контакта с поступающей для нагрева из бассейна воды, а также выдерживать температурные режимы от минус 20°C до плюс 70°C. Обладать максимально возможными высокими характеристиками теплопроводности и не менее высокой поглощательной способностью. Поперечное сечение каналов коллектора должно обеспечивать минимальное давление при больших объемах прокачиваемой через него воды. Идеальными и максимально подходящими материалами являются полиэтилен и полипропилен черного цвета, а также синтетический каучук. Полиэтилен и полипропилен менее дорогие, но и не такие стойкие к агрессивным средам материалы, каковым является синтетический каучук. При площади коллектора, применяемого для подогрева воды в бассейне, гелеоустановки равной 800 м2 и при годовом поступлении на ее поверхность 1050 кВт солнечной энергии на квадратный метр, установка дает до 170МВт/ч тепла, при необходимости 270МВт/ч. В данном типе не имеющего остекления поверхности коллектора вода подогревается на 3,5°C. Средняя тепловая мощность такой установки за сезон составляет 270 кВт с показателем КПД 38% - 39%. Длинные, накапливающие тепловую энергию трубы поверхности коллектора имеют специальную ребристую поверхность и изготовлены из полипропилена. А система прямой и обратной подачи воды трубопровода - из полиэтилена. Применяемая для подогрева воды в бассейне комбинированная солнечная теплонасосная система позволяет поддерживать температуру воды в бассейне в летний период на уровне не ниже 20°C. При неблагоприятных погодных условиях, обусловленных низкой активностью солнечной радиации, включается тепловой насос, эффективно использующий солнечный коллектор гелеоустановки в качестве испарителя. Применение вышеописанной гелеоустановки в средней полосе России для подогрева воды в плавательных бассейнах дает за сезон от 250 кВт/ч до 270 кВт/ч полезной тепловой энергии с 1 м2 площади коллектора.

     Оптимизация измерений, управления и регулирования

     Автоматизация управления тем или иным оборудованием  является довольно важным и заслуживающим во всех отношениях внимания процессом. В настоящее время уровень современных технических средств, электроники, компьютерных технологий и программного обеспечения позволяет решать целый ряд несомненно важных задач и проблем экономического характера. В данном случае, использование систем автоматизации процессами управления инженерно-техническими коммуникациями и оборудованием бассейна не составляют исключения. Чтобы понять, насколько экономически эффективным и оправданным может быть внедрение системы автоматизации в плавательных бассейнах, важно знать, какие возможности открываются вследствие применения таких систем. Например, практически все современные бассейны имеют электронные датчики, определяющие температуру воды непосредственно в чаше бассейна, температуру поступающей воды из систем центрального водоснабжения, а также электронные датчики, установленные на электронагревательных системах, обеспечивающих подогрев воды в рамках рекомендуемых норм. Оптимизировать работу вышеописанных электронных датчиков, измеряющих температурные режимы воды, можно при помощи оборудования, выполняющего функции контроля, управления и регулировки температурными режимами воды в рамках рекомендуемых значений. Применение такого оборудования позволит максимально минимизировать расходы тепловой и электрической энергии. В зависимости от соответствия или отклонения показываемых электронными датчиками значений от рекомендуемых норм осуществляется дальнейшая автоматическая регулировка температуры поступающей в бассейн воды из системы центрального водоснабжения или систем ее подогрева. Принцип работы такого оборудования, состоящего, в зависимости от поставленных задач, из одного или целого блока контроллеров, основан на следующем: снимаемые температурными датчиками воды в чаше бассейна показания поступают на контроллер. Автоматически анализируются и в рамках заданных программной прошивкой контроллера рекомендуемых температурных значении воды поступают уже в виде выходного электрического сигнала на электронные датчики, управляющие системами и арматурой, регулирующими температуру подаваемой в чашу бассейна воды. Как правило, такие контроллеры имеют жидкокристаллические экраны и панель управления температурными режимами. И естественно, говоря о современных энергосберегающих технологиях и применения средств автоматизации управления в плавательных бассейнах, нельзя не сказать о так называемой технике DDC (Direct Digital Control) – техника прямого цифрового управления. Сразу следует сказать, что данный тип техники уже давно и широко применяется в европейских странах для управления всеми процессами обслуживания и контроля в больших плавательных бассейнах. Практичные иностранцы, умеющие не только считать и рационально использовать свои деньги, но и для которых гармоничное сосуществование с окружающей природной средой становится правилом и нормой жизни, моментально оценили все преимущества и высокую эффективность этой системы управления. Техника DDC – это не просто техника прямого цифрового управления. Это техника нового поколения высокого класса, способная обеспечивать практически любые логические связи. Эта техника уже широко и весьма эффективно используется при строительстве современных, так называемых «умных домов». Преимущества и экономическая эффективность применения этой техники уже ни у кого не вызывает сомнений в необходимости ее использования. Обеспечивая всесторонние логические связи, данная техника безошибочно определит выбор наиболее эффективного для использования энергетического оборудования с учетом его эксплуатационных характеристик. Техника прямого цифрового управления возьмет под свой надежный контроль и управление системой отопления бассейна и температурного режима воды в чаше. Систему подогрева воды, вентиляции и параметров влажности воздуха. Систему водоснабжения, циркуляции и фильтрации воды. Контроль за качеством воды и степенью ее загрязнения. Систему энергообеспечения и давления в системе водоснабжения. Все снимаемые электронными датчиками с инженерно-технического оборудования параметры будут автоматически преобразовываться в требуемые измерительные величины. Анализироваться и поступать на главный пульт оператора, а также, при необходимости, поступать на персональный компьютер директора или хозяина бассейна, с которого можно будет вносить необходимые изменения в процесс управления всего оборудования. Вся поступающая информация о работе отдельных узлов, так и всего оборудования отражается на мониторе, записывается и сохраняется. В случае возникновения каких-либо проблем с функциональностью оборудования или его отдельных узлов, система подаст сигнал тревоги, безошибочно определит место и причину. При критических или недопустимых отклонениях в работе оборудования и его отдельных узлов, в рамках заданных параметров, система также оповестит оператора, выдаст необходимую информацию и примет необходимые меры, если устранение возникших проблем не требует непосредственного вмешательства человека.

     Кроме того, оборудование этого класса должно быть обеспечено регулярным техническим обслуживанием.

2. ОСНАЩЕНИЕ АКВАПАРКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ.

2.1. Анализ возможностей  технологий и технических  средств

      В настоящее время вопрос о необходимости  подключения к глобальным системам энергосберегающих технологий для многих предприятий индустрии развлечений и туризма остается весьма актуальным. Принятие решения о подключении должно приниматься, прежде всего, на основе анализа основных функций и задач конкретного предприятия. В настоящее время практически все зарубежные системы энергосберегающих технологий предлагают пользователям разнообразные варианты подключения, доступные как по цене, так и по техническим возможностям практически любому туристскому предприятию.

По мнению Международной комиссии ООН по проблемам  климата (IPCC) повышение энергоэффективности  позволит сокращать вредные выбросы  на миллиард тонн ежегодно уже к 2010 г. Безусловно, наибольшее потребление энергии приходится на население стран так называемого «золотого миллиарда», т. е. промышленно развитых зон Земли. Это неудивительно: высокотехнологичная цивилизация требует огромных количеств электроэнергии и тепла. Однако именно здесь впервые были сформулированы идеи разумного отношения к окружающей среде. Однако если понятие «веллнес» стало уже достаточно привычным для России, то «экологичный стиль» пока можно назвать лишь модой — настоящим образом жизни это стало пока только среди образованных жителей Запада. Но и у нас все большее число людей переходит к новому образу жизни. Культура поведения, цивилизованное потребление, в том числе и энергопотребление — вот отличительная черта современного преуспевающего россиянина. При этом для реализации такого образа жизни вовсе не нужно отказываться от комфорта. Даже используя элементарные меры по разумной экономии энергии, можно существенно снизить тепло- и энергопотери.

Одним из способов экономии энергии в качестве современных энергосберегающих технологий является использование солнечной радиации. Солнечные технологии, сберегающие окружающую среду, можно применять разумным образом и в общественных бассейнах. В ряде стран (США, Австралия, ФРГ) успешно эксплуатируется значительное число плавательных бассейнов с солнечным обогревом. Эта область применения солнечных коллекторов весьма перспективна. Температура воды в плавательных бассейнах обычно поддерживается на уровне 20-27°C, что всего на 5-15°C выше температуры наружного воздуха, и энергия солнечной радиации в летний период вполне может заменить традиционный источник энергии. Благодаря использованию солнечной энергии купальный сезон в открытых плавательных бассейнах может быть увеличен на 1,5-2 мес. в год, а в закрытых бассейнах будет обеспечена значительная экономия топлива и уменьшение загрязнения окружающей среды вредными выбросами. Оптимальные солнечные установки должны преобразовывать в тепло до 50 % солнечного излучения. В погожие дни 3-4 кВтч на 1 м2 соответствуют нагреванию воды в бассейне на 3-4 К в день. Чтобы использовать и небольшое повышение температуры в больших установках, требуются управляющие и регулирующие установки с высокой точностью переключения, например быстрые датчики излучения или графики кпд в сочетании с правильно установленными высококачественными резисторными датчиками. С солнечным нагревателем воды в бассейне можно сократить на 40 % потребление первичной энергии. При наличии укрытия бассейна уменьшение расходов на энергию составляет 80 %. Какаяполучится экономия, среди прочего зависит от солнечной установки, особенностей строительства и стоимости энергии. При дифференцированном рассмотрении соотношения «цена-качество» в таких системах следует учитывать положительные аспекты защиты окружающей среды. В остальном, солнечные коллекторы можно устанавливать не только на открытом воздухе, но и в строениях, окружающих плавательный бассейн, с относительно высоким КПД. Необходимо, однако, подчеркнуть, что солнечная энергия может быть эффективно использована только в энергоэффективном здании. Владельцам плавательных бассейнов особенно выгодно использовать солнечную энергию, если система связана с солнечной отопительной системой всего дома. Эксперименты показали, что в этом случае можно поднять температуру воды на 22°C выше температуры окружающего воздуха. Поэтому на предпроектной стадии следует оптимизировать помещение бассейна с целью минимизации энергопотребления. Можно оборудовать его гелиосистемами: пассивной и активной для приготовления горячей воды. Элементы из стекла, кроме архитектурного аспекта, могут выполнять роль пассивного солнечного термосифонного коллектора. В условиях средней полосы и южной части России гелиоустановки могут давать не менее 250-300 кВт*ч полезной теплоты с 1 м2 площади плоского солнечного коллектора. Одна из возможных схем гелиоустановок для подогрева воды в плавательном бассейне показана на рис. а. Вода из бассейна насосом прокачивается через фильтр и направляется в солнечный коллектор. Нагретая вода из коллектора поступает в бассейн. В схеме предусмотрены:

-обратный клапан

-воздушный клапан

-байпасная линия с вентилем

Коллектор должен быть изготовлен из коррозионно-стойких  материалов, чтобы не подвергаться агрессивному действию воды из бассейна. Кроме того, материал должен:

-выдерживать температуру от -20 до 70°C

-обладать хорошей поглощательной способностью

-обладать высоким коэффициентом теплопроводности.

Через коллектор прокачивается большое  количество воды, и должно быть обеспечено такое поперечное сечение каналов, чтобы гидравлическое сопротивление было минимальным. Наиболее подходящими материалами являются окрашенные в черный цвет: 

-полиэтилен

-полипропилен

-синтетический каучук.

Первые  два материала дешевы, а каучук значительно дороже, но более стойкий. При годовом поступлении 1050 кВт*ч/м2 солнечной энергии на горизонтальную поверхность и площади коллектора 800 м2 за сезон гелиоустановка может дать 170 МВт*ч теплоты, а потребность в теплоте составляет 270 МВт*ч. В данном случае коллектор не имеет остекления, вода в нем подогревается на 3,5°C, и средняя тепловая мощность установки за сезон составляет 270 кВт, а ее КПД — 38,3%. Длинные оребренные трубы изготовлены из полипропилена, а прямой и обратный соединительные трубопроводы — из полиэтиленовых труб. Комбинированная солнечная теплонасосная установка для обогрева плавательного бассейна имеет следующие свойства: летом в бассейне поддерживается температура не ниже 20°C, что обеспечивается с помощью солнечного коллектора, а при неблагоприятных погодных условиях включается тепловой насос, использующий солнечный коллектор в качестве испарителя. В условиях средней полосы России гелиоустановка, предназначенная для поддержания температуры воды в плавательном бассейне на уровне 20-24°C, дает за сезон 250-270 кВт*ч полезной теплоты на 1 м2 площади солнечного коллектора. Для сравнения, годовая удельная теплопроизводительность гелиосистемы горячего водоснабжения - 300-500 кВт*ч/м2 в год, гелиоустановки отопления (30-70°C) - 150-300 кВт*ч/м2 в год.

Оптимизация измерений, управления и регулирования

Стандартный показатель успеха в виде знания компьютерных новинок способен помочь в решении поставленной задачи. Оптимизацией измерительной, управляющей, регулирующей техники можно снизить потребление энергии на нагревание, вентиляцию, подготовку воды, обслуживание электротехники и, кроме того, не уменьшая комфорта, существенно улучшить результаты эксплуатации. С помощью соответствующей техники владелец плавательного бассейна получает возможность связать друг с другом все компоненты установки при одновременном контроле работы. Управляющий прибор влияет на выходные величины на основе входных величин – так называемая схема входа-выхода. При регулировании же этот процесс можно назвать двусторонним в форме замкнутого контура: входные величины влияют на выходные величины, но последние в свою очередь также влияют на входные. Эти регулируемые величины, т. е. реальные величины постоянно измеряются и сравниваются с заданными. При любом отклонении электронным путем производится соответствующая коррекция, однако, без прямого взаимодействия нескольких или различных контуров регулирования. Реальное значение регистрируется электронным измерительным элементом и преобразуется в нормированный электрический выходной сигнал, например 0–20 мА или 0–10 В. Эти отдельные регулировки, которые имеются в большинстве бассейнов, достаточны для небольших бассейнов с немногими техническими установками. Микропроцессорные регулирующие установки представляют собой интересную экономическую альтернативу при санации средних и больших бассейнов или для новых бассейнов. Предпосылкой для этого является технически полностью проработанная концепция с ясно очерченными требованиями к регулированию. С помощью микропроцессора функции нескольких электронных регуляторов, упорядоченных как входные величины, принимаются контроллером, подготавливаются или изменяются, а затем производится автоматическое определение выходных величин.

Техника DDC (Direct Digital Control – прямое цифровое управление) в больших бассейнах является обычной. Регулирующие установки для автоматизации здания (цифровое управление) обеспечивают всесторонние логические связи, например разумное использование энергетических потоков, а также выбор наиболее выгодной энергетической системы при взвешенном подходе ко всем имеющим значение величинам. Кроме того, они информируют персонал о рабочем состоянии и измеренных величинах и подробно извещают о неисправностях и превышении граничных значений в системе. Информация передается по обычной телефонной линии на удаленную центральную станцию. Необходимые данные измерений через датчики со стандартными выходными сигналами, например 0 – 20 мА или 100 – 200 Ом, собираются системой и для регулирования преобразуются в требуемые измеренные величины. В больших бассейнах с дорогими установками цифровые системы регулирования тем более целесообразны, так как к рабочему персоналу предъявляются чрезмерные требования в плане правильных действий для оптимального использования первичной энергии при многочисленных возможностях принятия системных решений. Управляющая техника зданий – это управляющая техника высшего порядка, при которой отдельные цифровые станции с помощью кабеля данных связаны с центральным персональным компьютером, например, владельца бассейна. Имеющиеся рабочие состояния отдельных установок в здании тут же графически отображаются на экране, оптимизируются и могут быть распечатаны с помощью принтера. Потенциал экономии базируется на таких параметрах:

-контроль и оптимизация использования энергии

-рациональное ведение работы, например, поддержание состояния бассейна

-постоянный контроль установок.

С помощью  цифровой системы управления зданием  и существующей техники, регулирования и измерения можно сэкономить 15–25 % энергии, причем время амортизации составляет немногие годы. Значительными преимуществами техники управления зданием являются:

-непрерывный контроль режима работы (сообщения, документирование, архивация)

-оптимизация энергетики

-Централизованная цифровая координация

-статистический анализ

-поддержка при техническом обслуживании и т. д. 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ  

     Подводя итог исследованию можно сделать  ряд обобщающих выводов. Аквапарк - это современный развлекательный центр для всей семьи, здесь можно провести целый день, наслаждаясь аттракционами в аквапарке, сидя в многочисленных кафе или делая покупки в гипермаркете.