Автореферат (Энергоэффективность инженерных сетей с единым контуром теплонасосных установок)

На правах рукописиАверьянова Олеся ВалерьевнаЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЕЙС ЕДИНЫМ КОНТУРОМ ТЕПЛОНАСОСНЫХУСТАНОВОКСпециальность:05.14.04 – Промышленная теплоэнергетикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукСанкт-Петербург20182Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательномучреждении высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»Научный руководительдоктор технических наук, старший научный сотрудникКуколев Максим ИгоревичОфициальные оппоненты: Хоменок Леонид Арсеньевичдоктор технических наук, профессор, ОАО «Научнопроизводственное объединение по исследованию ипроектированию энергетического оборудования им.И.И.

Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»), г. СанктПетербург, заведующий аналитическим отделом №277Агапов Дмитрий Станиславовичкандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО«Санкт-Петербургский государственный аграрныйуниверситет» (ФГБОУ ВО «СПбГАУ»),г. СанктПетербург, доцент кафедры «Автомобили, тракторы итехнический сервис»Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военно-космическая академия имениА.Ф.Можайского» Министерства обороны РоссийскойФедерации (ФГБВОУ ВПО «ВКА им.

Можайского»МО РФ), г. Санкт-ПетербургЗащита диссертации состоится «29» января 2019 г. в 16.00 на заседании диссертационного совета Д 212.229.04 в ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29, ГК-2, ауд. 411.С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке ФГАОУВО «СПбПУ» и на сайте http://www.spbstu.ru.Автореферат разослан «___»__________2018 г.И.о. учёного секретарядиссертационного советаД 212.229.04д.т.н.Митяков А.В.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫВ отечественной практике проектирования сетей энерго- и теплоснабжения крупныхобъектов промышленного и гражданского назначения ведется совершенствование методик расчета тепловых сетей и установок с целью улучшения их технико-экономическиххарактеристик, экономии энергетических ресурсов, а также создание оптимальных тепловых систем для защиты окружающей среды.Применение теплонасосных установок на крупных объектах промышленного игражданского назначения позволяет существенно снизить удельные затраты на производство энергетических ресурсов и повысить эффективность их использования за счет применения энергосберегающих технологий.Существующая практика проектирования инженерных сетей с использованием теплонасосных установок не учитывает региональных климатических условий, удельныхтепловых нагрузок на сети тепло и холодоснабжения, тарифы на энергоносители и т.д.Это негативно сказывается на общей эффективности работы и на размерах вложений инвестиций в подобные сети.Таким образом, использование энергоресурсосберегающих технологий обуславливает необходимость совершенствования методов расчета теплоэнергетичесих установок ивнутренних инженерных сетей с целью улучшения их технико-экономических характеристик, экономии энергетических ресурсов.Актуальность темы исследования.

Крупные объекты промышленного игражданского назначения характеризуются наличием вторичных источников тепловыделений, энергию которых можно использовать. Для этого применяются различные устройства, в частности – теплонасосные установки. В настоящее время практически отсутствуют научно-обоснованные методики проведения расчета энергопотребления с одновременным учетом теплоты и электроэнергии внутренними сетями объектов, позволяющие выбрать наилучшее решение внутренних инженерных систем.Степень разработанности темы исследования.Применение теплонасосных установок ранее чаще всего ассоциировалось с геотермальными энергостанциями.

В последнее время теплонасосные установки активно применяются в инженерных сетях. К примеру, на сегодняшний день в Швеции до 70% всеготеплоснабжения обеспечивают тепловые насосы, в Швейцарии эксплуатируется свыше60 000 тепловых насосов, в Германии в эксплуатации находятся сотни тысяч тепловыхнасосов, в Японии ежегодно производится около 3 млн. тепловых насосов.По одному из вариантов применения в составе сетей теплоснабжения теплонасосныеустановки включаются в единый контур.Внутренние инженерные сети, в основе которых лежит использование тепловыхнасосов вода/воздух и источником теплоты для которых служит вода в едином контуресети теплоснабжения, массово начали применяться с 1960 гг.

Применение таких сетей внастоящее время свидетельствует о приемлемом уровне проработанности вопросов при-4менения решений с теплонасосными установками и наличия методик проектирования инженерных сетей с единым контуром теплонасосных установок. Однако исследованияэнергопотребления подобных инженерных сетей, отличающиеся совместным учетом теплоты и электроэнергии, проведены в недостаточном объеме.Модели расчета энергопотребления сетей подобного типа в литературных источниках практически отсутствуют, что обуславливает целесообразность проведения дальнейших работ в этом направлении.Объектом исследования является инженерная сеть с единым контуром теплонасосных установок.Предметом исследования является энергопотребление (теплоты и электроэнергии) сети с единым контуром теплонасосных установок.Цель работы: Разработать методику расчета энергопотребления внутренних инженерных сетей, отличающуюся совместным учетом теплоты и электроэнергии, позволяющую проводить обоснованный выбор сети с единым контуром теплонаносных установок.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:1.

Проанализировать опыт проектирования и применения внутренних инженерныхсетей с единым контуром теплонасосных установок.2. Разработать имитационную модель расчета энергопотребления внутренних инженерных сетей с учетом теплоты и электроэнергии, позволяющую провести выборсети с единым контуром теплонаносных установок.3.

Рассчитать значения удельного показателя относительной эффективности применения сетей с единым контуром теплонасосных установок для Российской Федерации и составить карту районирования по потенциалу их применения.4. Оценить применимость для инженерной практики разработанной модели расчетасетей, использующих теплоту с целью улучшения их технико-экономических характеристик, экономии энергетических ресурсов.Научная новизна работы заключается в:1. Методике расчета энергопотребления внутренних инженерных сетей с учетом теплоты и электроэнергии, позволяющей провести выбор схемного решения.2.

Районировании территории Российской Федерации по потенциалу применения сетей с единым контуром теплонасосных установок.Методы исследования. Проведенные исследования базировались на сочетаниирасчетных методов, основанных на фундаментальных термодинамических, физикохимических и технических представлениях о тепловых процессах в энергетических установках промышленной теплоэнергетики. А также численного моделирования энергопотребления внутренних инженерных сетей и анализа результатов натурных наблюдений зареальным объектом.5На защиту выносятся:1. Имитационная модель для сравнения энергопотребления внутренних инженерныхсетей крупного объекта с единым контуром теплонасосных установок (в качестветемпературных доводчиков) и с приборами отопления и вентиляторными температурными доводчиками.2.

Методика расчета энергопотребления внутренних инженерных сетей с учетом теплоты и электроэнергии для выбора проектного решения;3. Карта районирования Российской Федерации по потенциалу применения сетей сединым контуром теплонасосных установок;4. Результаты экспериментальных исследований внутренней инженерной сети крупного объекта гражданского назначения в Санкт-Петербурге с единым контуромтеплонасосных установок (в качестве температурных доводчиков отдельных помещений).Теоретическая и практическая значимость работы заключается в:1. Создании методики расчета энергопотребления внутренних инженерных сетей сединым контуром теплонасосных установок с учетом теплоты и электроэнергиидля объектов гражданского и промышленного назначения.2.

Возможности применения предлагаемой методики при расчете энергопотреблениятрадиционных инженерных сетей (с приборами отопления и вентиляторными температурными доводчиками).3. Районировании территории Российской Федерации по потенциалу применениявнутренних инженерных сетей с единым контуром теплонасосных установок.4. Возможности использования результатов сравнения значений годового энергопотребления для внутренних инженерных сетей крупного объекта при разработкепрограмм энергосбережения предприятий, совместно потребляющих теплоту и холод.Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается применением обоснованных допущений при моделировании внутренних инженерных сетейкрупного объекта, применением фундаментальных уравнений теории тепло- и массообмена, удовлетворительным совпадением результатов расчетов и данных экспериментов.Апробация работы.Материалы исследований опубликованы в 12-ти печатных работах в Российской Федерации.

Из них: 5 статей в журналах из Перечня рецензируемых научных изданий ВАКРФ, 3 - без соавторов.Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференции «Энергосбережение в инженерных сетях промышленных зданий» в рамках деловой программыXII Международного промышленного форума «Российский промышленник», 2008 г.; наежегодных Неделях науки ГОУ СПбГПУ: Всероссийских межвузовских научнотехнических конференциях студентов и аспирантов, 2008 - 2010 гг.; на 68-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов6ГОУ ГАСУ 2010-2011 гг.; на семинаре в Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского в 2012 г.; на заседании кафедры кондиционирования воздуха Института холодаи биотехнологий в 2012 г.; на семинаре кафедры «Промышленная теплоэнергетика» в2013 г.; на семинарах кафедр «Гидравлика» и «Гидравлика и прочность» в 2016-2017 гг.;на объединенном научном семинаре трех кафедр ИСИ (каф.