Технико-экономические расчеты (Разработка установки теплового насоса для отопления (охлаждения) жилых зданий)

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Технико-экономические расчеты

В дипломном проекте разрабатывается установка теплового насоса для отопления (охлаждения) жилых зданий. Тепловой насос представляет собой чистую, работающую без сжигания топлива и выбросов, установку, которая производит тепло за счет охлаждения окружающей среды (низкопотенциальный источник теплоты – ИНТ) – сточных вод. Тепловые насосы являются единственными установками, производящими значительно больше электроэнергии (теплоэнергии), чем потребляют (электроэнергии).

В качестве рабочего вещества используется хладагент R134а с низкой озоноразрушающей активностью, выпускаемый за рубежом.

В качестве базы для сравнения использую один из традиционных способов отопления, такой как отопление с помощью электрического котла. При использовании теплового насоса не происходит теплового загрязнения рек, так как сточные воды, пройдя через теплообменные аппараты, находятся в безопасных для экологии температурных диапазонах. Кроме того, себестоимость получения тепла ниже, чем в базовом варианте.

Тепловые насосы является прекрасной альтернативой традиционным источникам тепловой энергии – котлам и прямому электрическому отоплению, а в некоторых случаях, например при отсутствии подведенных газовых сетей и недостаточных мощностях в электрических сетях, единственным надежным современным источником тепловой энергии. Очень часто стоимость подводки газовых сетей сопоставима со стоимостью теплового насоса и работ по его установке. По сравнению с котлами тепловые насосы отличаются тем, что используют бесплатные и возобновляемые источники энергии: окружающий и отходящий воздух систем вентиляции, грунт, воду подземных источников и открытых незамерзающих водоемов, сточные и сбросовые воды технологических процессов. Они имеют отношение полученной энергии к затраченной порядка 3-7, что недоступно никакому котлу, не требуют подвода газовых сетей или создания топливохранилищ, не загрязняют атмосферу, поскольку не создают никаких выбросов, взрывобезопасны, для их работы необходимо только электричество, которое, во-первых, дорожает не так сильно, как газ или дизельное топливо (например, с 1996 г. по 2004 г. стоимость электроэнергии выросла в 3 раза, стоимость дизельного топлива в 6 раз, стоимость газа в 30 раз), а во-вторых, использование индивидуальных солнечных, ветровых или небольших гидроэлектростанций позволяет создать полностью автономную систему. Кроме того, срок службы тепловых насосов значительно превосходит срок службы котлов. Если срок службы котла составляет 10 – 15 лет, то срок службы теплового насоса 20-50 лет.

Источником информации служат технико-экономические расчеты, выполненные фирмой «Тритон» Лтд.

По проведенным исследованиям этой фирмой уже сложился определенный уровень цен на тепловые наосы. Цена на тепловой наос зависит от производительности установки, которая измеряется в кВт произведенного тепла.

Удельная стоимость тепловых насосов.

Потребляемая мощность. Nэ,кВт	Тепловая производительность, Qk, кВт	Удельная стоимость оборудования, руб/кВт
3	10	5800
7	20	4350
11	35	3480
20	60	2900
26	80	2900
50	150	2320

В данном дипломном проекте спроектирован тепловой насос производственной мощностью 24 кВт. Таким образом, опираясь на проведенные исследования фирмы «Тритон» я могу рассчитать стоимость моего теплового насоса исходя из удельной стоимости оборудования руб/кВт (см. Табл.1).

Характеристики спроектированного теплового насоса:

Потребляемая мощность N_э=8,2 кВт

Производительность Q_k=24 кВт

При данных условиях удельная стоимость оборудования будет стоить 3700 руб/кВт. Таким образом, можно рассчитать стоимость теплового насоса.

Ц_т.н. = Q_k ·S=24·3700=88800 руб.

Где: S= 3700 руб/кВт – удельная стоимость оборудования.

Спроектированный тепловой насос способен отопить помещение площадью ≈225м². Такие тепловые насосы целесообразно использовать (и уже используются) для отопления домов, коттеджей, дач, где есть электричество, но может не быть газа, угля или другого топлива.

В качестве объекта для сравнения я использую один из традиционных способов отопления, с помощью электрического котла.

8.3. Характеристики электрического котла

Модель	ЭВП-24
Номинальная мощность, кВт	24
Напряжение, В	380
Диапазон регулирования мощности, кВт	18-21-24
Отапливаемая площадь, м²	220…240
Диапазон регулирования температуры в помещении,°С	5…30
Диапазон регулирования температуры теплоносителя, °С	35…85
Масса, кг	36
Удельная стоимость, руб/кВт	750
Цена, руб.	20830

(Информация предоставлена фирмой «Делсот»).

При сравнении теплового наоса и электрического котла мы видим, что стоимость теплового насоса (88800 руб.) гораздо больше стоимости электрического котла(20830 руб). Но потребляемая электрическая энергия у теплового насоса тоже гораздо меньше, чем у электрического котла.

(N_{э т.н}/ N_{э э.к}≈3).

Сбережение энергоресурсов очень важная задача. Американские ученые подсчитали, что при выработке 1кВт*час электрической энергии на теплоэлектростанции в окружающую среду выбрасывается 0,52кг углекислого газа. Таким образом, сбережение потребляемой электрической энергии позволяет как уменьшить расходы за оплату этой электрической энергии, так и существенно сократить загрязнения окружающей среды выбросами в нее углекислого газа (СО₂).

Спроектированный тепловой насос планируется использовать для нужд теплоснабжения. Отапливать помещения предполагается в зимний период времени с 25 сентября по 9 апреля. что приблизительно составляет 7,5 месяцев, т.е. 225 дней. Умножив количество дней работы теплового насоса на количество часов в сутки (24 часа), мы получим, что помещения будут отапливаться 5400 часов в год.

За базовый образец берем электрический котел с номинальной мощностью N=24 и тепловой насос спроектирован на мощность 24 кВт. Мощность электрического котла может регулироваться в диапазоне от 15 до 24 кВт тепла.

При сравнении я сравниваю тепловой насос и электрический котел на одном режиме. В качестве этого режима служит номинальная производительность теплового насоса N=24 кВт (тепла).

То, что тепловой насос потребляет меньше электрической энергии, чем электрический котел, дает нам экономию и, в конце концов, тепловой насос окупает себя, через некоторое время, по сравнению с электрическим котлом.

Сравнительные характеристики, анализ работы обеих установок, а также окупаемость теплового насоса вносятся в сводную таблицу.

8.4. Экономия средств, при использовании теплового насоса за счет меньшего потребления электроэнергии в год (руб).

ΔС=С_э.к.- С_т.н.=27216 – 8470,9=18745,1 руб.

где:

С_{э.к .}=27216 – годовые затраты на электроэнергию электрического котла.

С_т.н.=8470,9 – годовые затраты на электроэнергию теплового насоса.

8.5. Срок окупаемости теплового насоса

t=(Ц_т.н.- Ц_э.к.)/ ΔС=(88800-20830)/18745,1=3 года

Ц_т.н.= 88800 руб – стоимость теплового насоса.

Ц_э.к..= 20830 руб – стоимость электрического котла.

8.6.Сводная таблица

Система теплопроизводства	Тепловой насос	Электрокотел
Характеристики
Номинальная мощность, кВт	24	24(18-21-24)
Площадь отапливаемого помещения, м²	225	225
Потребляемая электроэнергия для отопления помещения, кВт	8,2	24
Число часов работы установки в год, час	5400	5400
Годовое потребление электроэнергии, кВт*ч	44280	129600
Стоимость электроэнергии, руб/кВт*ч	0,63	0,63
Годовые затраты на потребляемую электроэнергию, руб	8470,9	27216
Экономия в год, руб.	18745,1	-
Удельная стоимость оборудования, руб/кВт	3700	750
Стоимость оборудования, руб.	88800	20830
Срок окупаемости теплового насоса, лет	3	-

Список используемой литературы:

1. Основные требования к разделу «Технико-экономическое обоснование дипломных проектов», - М.: МГУИЭ, 2003г.

2. «Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха», Свердлов, Явнель, Москва, 1976г.

3. «Расчет эксплуатационных и капитальных затрат в дипломном проектировании», Методические указания, МИХМ, 1983г.