Эффективность использования энергии
Анализ 20летнего цикла затрат на эксплуатацию намечавшегося для здания машинного оборудования показал, что геотермическая теплонасосная установка обеспечит наиболее высокую эффективность использования энергии из всех имеющихся для зданий данного типа систем. В главных насосах водяного контура теплонасосной системы применяется привод с регулируемой частотой в сочетании с двухпутевыми водораспределителями, устанавливаемыми на каждом из тепловых насосов с целью сведения к минимуму мощности насоса, необходимой для работы установки. Около 75% наружного воздуха для вентиляции, поступающего в лечебный центр, проходит предварительное кондиционирование и доводится до нужной температуры с помощью вентиляторов регенерации энергии и осушающих теплообменников, способных регенерировать ощущаемое и скрытое тепло. Каждый из четырех размещенных в лечебном крыле больницы вентиляторов регенерации энергии снижает нагрузку на охлаждение воздуха для вентиляции приблизительно на 6,5 т (23 кВт), а нагрузку на нагрев воздуха для вентиляции приблизительно на 60 тысяч БТЕ/ч (17 586 Вт). Техническими условиями проекта предусмотрены тепловые насосы с 14,5 EER (минимум) и 3,9 СОР (минимум).

Существующая в западном кампусе лечебного центра система включает работающую на газе водонагревательную систему отопления, в которой используется охлаждение непосредственно холодильным агентом. При сопоставлении показателей работы систем в этих двух кампусах за период с августа 1998 года по июль 1999 года включительно выяснилось, что общие энергозатраты новой установки в восточном кампусе были на 1346% ниже, чем энергозатраты в западном кампусе лечебного центра. Сопоставление в пользу новой установки в восточном кампусе было бы так же более впечатляющим, если принять во внимание количество рабочих часов в том и другом зданиях. Новый восточный кампус функционирует практически круглосуточно, в то время как в западном кампусе график работы носит более традиционный характер, предусматривающий около 10 рабочих часов в день.

Качество воздуха в помещении и условия температурного комфорта
Вентиляторы регенерации энергии повышают качество воздуха в помещениях и комфортность условий пребывания во всем здании. Возможности этих установок использовать скрытое тепло помогают поддерживать относительную влажность в здании в приемлемых с точки зрения комфортности пределах. Кроме того, эти установки обеспечивают постоянное поступление в здание необходимого количества наружного воздуха для вентиляции при одновременном поддержании необходимой температуры воздуха на входе в тепловые насосы. Эффективность работы вентиляторов регенерации энергии измеряли в июле 1999 года, причем выяснилось, что она находится в пределах исходного расчетного диапазона 8083% от общего объема регенерации энергии или превышает его.

Основная цель при проектировании машинного оборудования заключалась в том, чтобы повысить комфортность условий пребывания в местах общего пользования, где жильцы здания собираются вместе и проводят свой досуг. Для использования преимуществ естественного освещения во множественных таких местах предусмотрены стены с большими площадями остекления, зенитные фонари и стеклянные крыши. Для обеспечения комфортных условий при расчетной зимней температуре 15 F (26 C) по периметру была предусмотрена система из ребристых труб с использованием горячей воды в качестве теплоносителя. Указанная система проходит также и в расположенный под стеклянным куполом лечебный бассейн и пузырьковые ванны.

Эксплуатация и техническое обслуживание
Система прямого цифрового регулирования контролирует и обеспечивает регистрацию трендов по всем важнейшим рабочим параметрам в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Информация о трендах такого типа позволяет персоналу предвидеть возможные проблемы в работе системы и предпринимать необходимые меры.

Простота доступа обслуживающего персонала ко всем установленным над потолком тепловым насосам в здании, в которых вода используется в качестве источника тепла низкого потенциала, обеспечивалась за счет тесной координации усилий инженера и архитектора. Многие воздушные фильтры тепловых насосов размещены в рамах для фильтров, расположенных вблизи воздухораспределительных решеток, что облегчает работу технического персонала при замене фильтров и способствует их регулярной замене по всему зданию. Запорные клапаны расположены чтобы теплообменник наземного контура геотермической системы (ТНК) можно было разделить на изолированные друг от друга секции по 12 скважин на каждый контур, с тем чтобы обеспечить принцип. возможность отсечки в случае возникновения проблем в подземном трубопроводном контуре.

Экономическая эффективность с учетом затрат
Испытания грунта на теплопроводность, которые были проведены на предварительных стадиях проектирования ТНК, в значительной степени способствовали достижению хорошего показателя затратыэффективность системы в целом. Фактические данные испытаний помогли определить оптимальную глубину скважин, их необходимое количество, и наиболее эффективный тип жидкого цементного раствора. В течение двух дней проводились испытания раствора четырех различных типов. Результаты испытаний позволили обосновать принцип. возможность уменьшения необходимой глубины скважин в сравнении с первоначальными расчетами, выполненными на основе компьютерного анализа с использованием принятых для данного района показателей теплопроводности грунта. Достигнутое таким путем уменьшение глубины скважин позволило сэкономить 5 670 футов (1 728 м) труб.

Финансовое соглашение с энергетической компанией дало принцип. возможность владельцу здания обосновать увеличение стоимости строительства данной системы выигрышем за счет экономии, которую даст геотермическая теплонасосная установка в течение всего срока ее эксплуатации. Монтаж ТНК был оплачен электроэнергетической компанией OPPD (Omaha Public Power District). Компания QLI арендует ТНК у OPPD на срок 10 лет, за что выплачивает фиксированную ежемесячную арендную плату. далее право собственности на него перейдет к компании QLI. Кроме того, местный поставщик электроэнергии компания OPPD несет ответственность за техническое обслуживание и ремонт установки ТНК в течение 10летнего периода аренды.

Согласно прогнозам, по сравнению с традиционной теплонасосной системой, включающей котел и башенный охладитель и использующей воду в качестве теплоносителя, геотермическая теплонасосная установка должна обеспечить экономию затрат в течение всего срока ее эксплуатации в размере 29,5%.

Кроме того, прогнозируется, что за первый год эксплуатации геотермическая установка даст экономию эксплуатационных затрат в размере 31,9%, в то время как экономия затрат на техническое обслуживание за тот же период составит 57,1%. период окупаемости геотермической установки составит 4,2 года, что владельцы здания сочли приемлемым.

К числу других экономических выгод от применения геотермической установки, которые не были учтены в анализе издержек за период ее эксплуатации, относится уменьшение площади здания, необходимой для размещения машинного оборудования, и тот факт, что отпала необходимость в устройстве дополнительных ландшафтных и (или) архитектурных ограждений для того, чтобы снизить уровень шума и спрятать крупный наружный башенный охладитель. Отсутствие потенциальных опасностей для здоровья (например, бактерий легионеллы), которые обычно связывают с башенными охладителями, является так же одним преимуществом данного лечебного заведения.

Заключение
Геотермическая теплонасосная установка с использованием воды в качестве теплоносителя функционирует в соответствии с проектом, а система прямого цифрового регулирования осуществляет контроль и мониторинг показателей ее работы с тем, чтобы содействовать в проведении оценки использования энергии и работы систем машинного оборудования. До настоящего момента функциональные и эксплуатационные показатели систем машинного оборудования в здании соответствуют прогнозам или превосходят их. Данный проект показал, что благодаря новаторским подходам к проектированию и сотрудничеству м. инженером, владельцем и поставщиком энергии первоначальные расчетные затраты на строительство геотермической установки можно компенсировать, при этом владелец может получить выгоду за счет экономичности затрат за весь срок эксплуатации, что свойственно геотермической установке.