Учебник - Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях (989625), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Промежуточное охлаждение ступеней компрессора увеличивает КПД газотурбинной установки и существенно уменьшает выброс в атмосферу окислов азота. Сама газотурбинная установка может служить как источник электрической или механической энергии для теплового насоса. Газотурбинные уста-84новки широко применяются не только для выработки электроэнергии. Чаще их используют перекачкигаза по магистральным газопроводам, однако применение тепловых насосов на газоперекачивающихагрегатах затруднено, поскольку они обычно располагаются вдали от потребителей теплоты.в системутеплоснабжения4в системутеплоснабжениятопливо35412продукты сгоранияв атмосферу67воздух изатмосферыРис.27. Применение теплового насоса совместно с газотурбинной установкой.1, 2 – ступени сжатия воздуха в компрессоре, 3 – промежуточный водовоздушный теплообменник, 4 – тепловые насосы, 5 – камера сгорания, 6 – газовая турбина, 7 – котел-утилизатор.Особо следует разобрать случаи, когда применение тепловых насосов не оправдано.1.
В качестве источника теплоты для работы нецелесообразно применять теплоту специально сжигаемого для этих целей топлива, даже в том случае, если это топливо является очень дешевым. Температура дымовых газов и так достаточна для того, чтобы непосредственно нагревать теплоноситель в котельной установке. При работе же теплового насоса, полученная потребителем теплота(без учета потерь) будет равна сумме полученной теплоты от продуктов сгорания и работы, затрачиваемой на привод компрессора.
В этом случае она производится с КПД гораздо ниже единицы.Это вовсе не означает того, что теплота продуктов сгорания не может быть использована в тепловых насосах, однако целесообразно использовать ее в тех случаях, когда основная ее часть уже затрачена на непосредственный нагрев теплоносителя и продукты сгорания существенно охлаждены.2. Источником теплоты для теплового насоса не следует брать «обратную» воду систем теплоснабжения, отдавшую теплоту в отопительных приборах. Это связано с тем, что вода из системы теплоснабжения непосредственно нагревается за счет первичного топлива и потребитель теплоты несетдвойные затраты: он оплачивает стоимость топлива и стоимость электрической энергии на приводкомпрессора.3. При использовании в качестве источника теплоты воздуха окружающей среды следует иметь в виду,что существует порог температуры кипения рабочего агента и соответствующей температуры наружного воздуха, когда работа теплового насоса становится невозможной.
Значение этой температуры определяется типом применяемого рабочего агента и давлением в испарителе теплового насоса. Таким образом, при низких температурах воздуха работа таких тепловых насосов становитсясначала неэкономичной (вследствие уменьшения коэффициента преобразования), а затем физически невозможной.Достоинства тепловых насосов широко известны: это возможность существенной экономии топлива,экологическая чистота (при работе тепловых насосов не сжигается топливо), возможность работать какв централизованых так и нецентрализованных системах теплоснабжения и др. Про недостатки тепловыхнасосов упоминают реже, поэтому остановимся на них подробнее.1. Источники вторичных энергоресурсов не всегда стабильны во времени и их не теплопроизводительность не всегда достаточна для того чтобы обеспечить теплотой потребителя в холодной период года.
Поэтому в системах теплоснабжения для надежной работы кроме теплового насоса необходимдополнительный источник теплоты.2. Шум от компрессоров тепловых насосов затрудняет их применение в жилых и общественных зданиях, особенно в тех случаях, когда применяются тепловые насосы большой мощности.3. Фреоны, используемые как рабочее тело, достаточно дороги. При разгерметизации контура теплового насоса и при проведении ремонтных работ их приходится менять и потребитель несет дополнительные затраты.4.
На настоящий момент стоимость тепловых насосов высока и срок их окупаемости при нынешних ценах на энергоносители (около 280 руб. за Гкал теплоты и 60 копеек за КВт/ч электроэнергии) можетбыть большим.85Масштабы и перспективы применения тепловых насосов в России и в миреШирокое применение тепловых насосов в мире началась в 20-30-е годы прошлого столетия. Первый тепловой насос для теплоснабжения здания был испытан в Англии в 1930 году.
Первая крупная теплонасосная установка в Европе была введена в действие в Швейцарии в 1939 году. Она использовала теплоту речной воды и имела мощность 175 кВт.Сильный толчок к использованию тепловых насосов в системах отопления дал энергетический кризисначала 70 годов прошлого века, во время которого существенно увеличились цены на топливо. В 1993году общее количество теплонасосных установок, работающих в развитых странах превысило 12 млн., аежегодный выпуск составлял более 1 млн. В настоящее время только в Японии выпускается 3 млн. тепловых насосов в год и 1 млн.
насосов выпускается в США. Правда, при этом следует иметь в виду, чтозначительную часть из них составляют кондиционеры, которые могут работать в режиме теплового насоса в переходный период года. В подавляющем большинстве случаев тепловые насосы применяютсясовместно с дополнительным нагревателем (электрическим или на органическом топливе), которыйкомпенсирует недостаток теплопроизводительности теплового насоса в холодный период или при временном отключении источника теплоты.Многие государства дотируют применение тепловых насосов, устанавливая льготный тариф на электроэнергию для предприятий, которые их применяют, либо предоставляя им льготы по налогообложению.При этом государство получает определенные выгоды: уменьшается его зависимость от внешних поставок топлива, улучшается экологическая ситуация в стране, поддерживаются отечественные производители высокотехнологичного оборудования.По прогнозу Мирового энергетического комитета к 2020 г.
в передовых странах доля теплоснабжения спомощью тепловых насосов составит до 75 %.За рубежом лидерами в производстве тепловых насосов являются: «Carrier», «Lennox», «Вестингауз»,«Дженерал электрик» (США), «Hitachi», «Daikin» (Япония), «Sulzer» (Швейцария), «Klimatechnik» (Германия). Многие из них представлены и на российском рынке, в первую очередь как производители местныхкондиционеров, спопсобных работать в режиме теплового насоса в переходное время года и тепловыхнасосов малой теплопроизводительности (5-15 кВт), совмещенных с огневой системой отопления.В России тепловые насосы используются существенно меньше, чем в США, странах Европы и Японии.Такое состояние дел сложилось исторически.
Применению тепловых насосов в СССР препятствовалинизкие цены на топливо, а также ориентация на централизованное теплоснабжение. Более холодныйклимат нашей страны не дает возможности также широко, как на Западе использовать природные источники тепла и требует наличия дополнительных котельных, которые должны работать вместе с тепловыми насосами и обеспечивать потребителя теплом при низких температурах наружного воздуха.В настоящее время, с ростом цен на топливо, ситуация существенно меняется.
Способствует применению тепловых насосов и рост стоимости строительства ТЭЦ и котельных, прокладки и ремонта тепловыхсетей.Приведем примерный расчет срока окупаемости теплового насоса в условиях России. При этом будемпринимать во внимание капитальные затраты, затраты электрической энергии на привод компрессора истоимость получаемой тепловой энергии. Затраты энергии на привод насосов, прокачивающих теплоноситель, затраты на обслуживание и ремонт теплового насоса, а также инфляцию учитывать не будем.Стоимость изготовления и монтажа теплового насоса тепловой производительностью Q = 1000 кВт (или0.859 Гкал / час) при стоимости одного киловатта установленной тепловой мощности с учетом монтажа6000 руб.
за 1 кВт составит:СК = 6000 ⋅ Q = 6,0 млн.руб.(43)Допустим, что коэффициент преобразования тепла для условий работы рассматриваемого тепловогонасоса равен 4.Электрическая мощность, получаемая за счет теплового насоса составит при этомN=1000= 250 кВт.ε(44)При цене 1 Гкал теплоты – 280 руб. за Гкал., стоимость тепловой энергии, получаемой тепловым насосом за год при безостановочной круглогодичной работе составитСТ = Q ⋅ 250 ⋅ 24 ⋅ 365 = 2,107 млн.
руб./год.(45)Примем цену электрической энергии, затрачиваемой на привод компрессора – 62 коп. за 1 Квт ч. и рассчитаем стоимость электрической энергии, затраченной на работы насоса за годСЭ = N ⋅ 0,62 ⋅ 24 ⋅ 365 = 1,358 млн. руб./год.(46)Примерный срок окупаемости в нашем случае составит:Т=СК= 8,01 лет.СТ − СЭ86(47)Учет ночного тарифа на электроэнергию приводит к уменьшению общих затрат на электрическую энергию. Не учтены в расчете также инфляция и рост стоимости энергетических ресурсов в течение срокаокупаемости.При проведении подобных расчетов следует иметь в виду, что цена на энергоресурсы в России постоянно растет.
В ближайшее время применение насосов станет более выгодным.Наиболее известный отечественный производитель тепловых насосов – ООО «Энергия» г.Новосибирск.Кроме этого предприятия тепловые насосы производят также заводы «Экомаш» г. Саратов и «Компрессор», г. Москва. Технические характеристики тепловых насосов, выпускаемых ЗАО «Энергия» (г. Новосибирск), приведены в табл.1 [11].ТаблицаТехнические характеристики тепловых насосов, выпускаемых ЗАО «Энергия» (г. Новосибирск)Тип теплового насосаТеплопроизводительность, кВтВода источника 12 СВода источника 25 СПотребляемая электрическаямощность, кВтВода источника 12 СВода источника 25 СИсполнениеГабаритные размеры, ммАгрегата компрессорногоАгрегата испарительноконденсаторногоНТ-500НТ-1000НТ-3000455,3685,4905,213581810,52716,4149,7161,4Моноблочное297,3315Раздельное596,4630Раздельное4100×2300×24004100×1740×229045200×1900×30003800×1560×26005550×1885×2930Общая масса, кг97001300024000В заключение следует отметить, что применение тепловых насосов в России будет неизбежно расширяться как для целей теплоснабжения, так и в энергетике и промышленных технологиях с неизбежнымрасширением их производства и научных исследований в этой области (разработка новых схем утилизации теплоты, способов интенсификации теплообмена, создание новых рабочих тел и т.д.).7.1.5.
Способы утилизации теплоты в системах вентиляции и кондиционирования воздухаОстановимся подробнее на некоторых из мероприятий, связанных с утилизацией теплоты вторичныхэнергоресурсов. Применительно к системам вентиляции и кондиционирования воздуха рассмотрим способы утилизации теплоты вентиляционных выбросов.Утилизация теплоты вентиляционных выбросов может осуществляться следующими способами:♦рециркуляцией части вытяжного воздуха;♦применением рекуперативных теплообменников-утилизаторов;♦применением регенеративных теплообменников-утилизаторов;♦применением двух рекуперативных теплообменников, использующих промежуточный теплоноситель;♦применением теплопередающих труб.Применение рециркуляции вытяжного воздуха с целью энергосбережения в центральной системе кондиционирования воздухаНазначение ЦСКВ – создание и поддержание нормируемой чистоты и метеорологических условий воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
