задача, ГРП. Пояснювальна записка до дипломного проекта на здобуття освітньокваліфікаційного рівня Спеціаліст" за фахом 000008 Енергетичний менеджмент"
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
УДК 629.735 Інв. №____________ МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Національній аерокосмічний університет ім. М.Є.Жуковського „ХАІ” Кафедра 401
ТЕПЛОНАСОСНА ОПАЛЮВАЛЬНА УСТАНОВКА ДЛЯ НАВЧАЛЬНОГО КОРПУСУ Пояснювальна записка до дипломного проекта на здобуття освітньо-кваліфікаційного рівня „Спеціаліст” за фахом 7.000008 „Енергетичний менеджмент” ХАІ.460Е.12.ДР.05.ПЗ.00
2012 Форма № У-9.01 НАЦІОНАЛЬНИЙ АЕРОКОСМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. М.Є.ЖУКОВСЬКОГО "ХАРКІВСЬКИЙ АВІАЦІЙНИЙ ІНСТИТУТ" КАФЕДРА РАКЕТНО-КОСМІЧНИХ ДВИГУНІВ І ЕНЕРГОУСТАНОВОК ЛА Спеціальність: 7.000008 “Енергетичний менеджмент” Затверджую Зав.каф. проф. Гайдачук А. В. "___" _________ 2011 р. ЗАВДАННЯ на дипломне проектування студенту Ізаак Сергій Юрійович 1. Тема проекта "Теплонасосна опалювальна установка для навчальног корпусу". Тема утверждена указом по университету № _______ от _______11 г. 2. Срок сдачи студентом выполненного проекта: _________ 2012 г. 3. Содержание пояснительной записки: Раздел 1 - Цели и задачи работы. Обзор теплонасосных установок и принципы их роботы.(15…18с.) Существующая система теплоснабжения корпуса, данные по потреблению корпуса. (15…18с.) Раздел 2 – Структура тепловых потерь корпуса и общий энергобаланс корпуса (10…12с.) Раздел 3 – Выбор и описание теплонасосной установки, предлагаемой к использованию в корпусе. (10…12с.) Раздел 4 – Оценка экономического эффекта от внедрения установки. капитальные эксплуатационные затраты (10…12с.) Раздел 5 – Специальная часть – обзор промышленных установок ТН на рынке Украины. (15с.) Раздел 6. БЖД. 4.1 План корпусу с данными энергосбережения (А0) Презентация. 5. Задание на преддипломную практику: 5.1 Собрать фактический материал по объекту исследования. 5.2 Выполнить и оформить спецчасть. 6. Дата выдачи задания _____ 2011 г. Студент-дипломник Изаак С. Ю. Руководитель проекта Шепетов Ю. А. РЕФЕРАТ Сторінок 98, рисунків 29, таблиць 30, додатків 1, джерел 49. Дипломна робота присвячена підвищенню енергоефективності джерел теплопостачання з використанням парокомпресійних теплонасосних установок в системах теплопостачання з врахуванням комплексного впливу вигляду приводу компресора ТНУ, схем і режимів роботи; визначенню умов раціонального комбінування джерел теплопостачання і теплонасосних установок в системах теплопостачання; розробці методичних основ синтезу джерел теплопостачання з теплонасосними установками. У роботі проведена систематизація і узагальнення літературної інформації по розробці, дослідженню і впровадженню теплонасосних установок в системах теплопостачання. Розроблені узагальнена система і математичний опис джерела теплопостачання з теплонасосной установкою. Досліджена ефективність теплонасосних станцій з різним виглядом приводу, схемами і режимами роботи. Проведено дослідження теплонасосних установок з різними зовнішніми умовами і схемами. Проведений чисельний експеримент на математичних моделях і аналіз отриманих результатів. Досліджені реальні режими роботи системи теплопостачання. ТЕПЛОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА, ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС, ХЛАДАГЕНТ, БРОВОВЕ НІЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЕ ТЕПЛО. РЕФЕРАТ Страниц 98, рисунков 29, таблиц 30, приложений 1, источников 49. Дипломная работа посвящена повышению энергоэффективности источников теплоснабжения с использованием парокомпрессионных теплонасосных установок в системах теплоснабжения с учетом комплексного влияния вида привода компрессора ТНУ, схем и режимов работы; определению условий рационального комбинирования источников теплоснабжения и теплонасосных установок в системах теплоснабжения; разработке методических основ синтеза источников теплоснабжения с теплонасосными установками. В работе проведена систематизация и обобщение литературной информации по разработке, исследованию и внедрению теплонасосных установок в системах теплоснабжения. Разработаны обобщенная система и математическое описание источника теплоснабжения с теплонасосной установкой. Исследована эффективность теплонасосных установок с различным видом привода, схемами и режимами работы. Проведено исследование теплонасосных установок с различными внешними условиями и схемами. Проведен численный эксперимент на математических моделях и анализ полученных результатов. Исследованы реальные режимы работы системы теплоснабжения. ТЕПЛОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, ХЛАДАГЕНТ, БРОСОВОЕ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ТЕПЛО. ABSTRACT Pages 98, pictures 29, tables 30, applications 1, sources 49. Purpose of work is devoted the increase of energoeffektivnosti of sources of teplosnabzheniya with the use of parokompressionnykh teplona-sosnykh of settings in the systems of teplosnabzheniya taking into account complex influence of type of drive of compressor of TNU, charts and office hours; to determination of terms of the rational combining of sources of teplosnabzheniya and teplonasosnykh settings in the systems of teplosnabzheniya; to development of methodical bases of synthesis of sources of teplosnabzheniya with the teplonasosnymi settings. Systematization and generalization of literary information is in-process conducted on development, research and introduction of the teplonasosnykh settings in the systems of teplosnabzheniya. The generalized system and mathematical description of source of teplosnabzheniya is developed with the teplonasosnoy setting. Efficiency of the teplonasosnykh stations is investigational with the different type of drive, charts and office hours. Research of the teplonasosnykh settings is conducted with different external terms and charts. A numeral experiment on mathematical models and analysis of the got results is conducted. The real modes of work of the system of teplosnabzheniya are investigational. ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ 8 ВВЕДЕНИЕ 11 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 13 1.1 Цель и задачи работы 13 1.2 Актуальность работы 13 1.3 Обзор литературы 17 1.3.1 Парокомпрессионные тепловые насосы ПТН 18 1.3.2 Абсорбционные тепловые насосы (АТН) 33 2 ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ 38 2.1 Краткая характеристика корпуса университета 38 2.2 Оценка структуры энергопотребления учебно-лабораторного корпуса 39 2.2.2. Силовое оборудование 40 2.2.4Основные показатели энергопотребления за 2005 г. 43 2.2.5 Анализ динамики энергопотребления 45 2.3. Существующая система отопления учебно-лабораторного корпуса. 46 2.3.2. Водоподготовка 47 2.3.3 Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции 47 Вентиляция помещения 52 Испарение влаги 52 Нагрев инфильтрующего воздуха 52 2.2.4 Математическая модель энергобаланса здания 53 3.1 Выбор источника тепла 55 3.2 Выбор теплонасосной установки 57 4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 62 4.1 Оценка экономического эффекта системы отопления с ТН 63 4.1.1 Определение годовых издержек 63 4.1.2 Сопоставление стоимости энергии 64 5 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 69 5.1 Обзор промышленных тепловых насосов на рынке Украины 69 6.1.1 Выявление вредных и опасных факторов при эксплуатации ТН 77 6.2 Разработка мероприятий по уменьшению влияния вредных и опасных факторов при эксплуатации 81 6.2 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 86 6.2.1 Анализ возможных чрезвычайных ситуаций при эксплуатации ТН 86 6.2.2 Разработка мероприятий по уменьшению вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации ТН 88 ВЫВОДЫ 93 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 94 ПРИЛОЖЕНИЕ 97 Перечень документации по проекту 98 ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ  - коэффициенты теплоотдачи наружной и внутренней поверхности ограждения, Вт/(м град. С);n - величина затухания амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции; l– расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м °С); d – толщина слоя ограждения, м; Dt – расчетная разность температур холодильного агента и теплоносителя, °С. Δ - показатель интенсивности конвективного теплообмена, Вт/°С; ΔS - экономия денежних средств от применения ТН насоса в системе отопления; ΔЕТН - энергопотребления для теплового насоса;  - коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью ограждающей конструкции;sв - предел прочности , Па;   - коэффициент, выражающий гармоническое изменение температуры наружного воздуха. - температура нагреваемой среды, °С; - температура низкотемпературного источника теплоты, °С;ΔΖ - общая продолжительность радиации через окна, час; b – число часов использования отопительной системы в год, ч / год. Dн — наружный диаметр корпуса, м; f – минимальное сечение пуансона, м2; F – площадь детали, м2; F – теплопередающая поверхность теплообменного аппарата, м2; f – частота вращающегося магнитного поля, Гц; FI, - площадь зоны пола, м²; Fn – площадь соответственной части детали, м2; Gмаз - потребление мазута, л/год; h – высота цилиндрического пояска матрицы, м; J – момент инерции сечения, м4; J  - среднесуточное значение поверхностной плотности теплового потока суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), Вт/м2;k=1,2 – коэффициент, учитывающий неравномерность толщины материала, его механических свойств; m – годовой коэффициент использования для котла; n – поправочный коэффициент, учитывающий положение ограждения по отношению к наружному воздуху; n – скорость вращения электродвигателя, 1/с; Ne - индикаторная мощность, компрессора, кВт; Nтp - мощность, затрачиваемая на трение в компрессоре,кВт; NХ - мощностью холостого хода, кВт; nчел – количество человек; Q - cила для проталкивания вырубленной детали или отхода, H; Q – объемный расход воздуха, м3/с; Q  - теплового потока через наружную стену, Вт;Q  - теплоприход от персонала проектировочного отдела;qF - интенсивности теплопередачи в теплообменном аппарате; QH - тепловой поток к нагреваемой среде, Вт; QL - тепловой поток от низкотемпературного источника теплоты, Вт; QΔt - тепловой поток теплопередачей через окна, Вт; Qапп – тепло, передаваемое от холодильного агента теплоносителю или от теплоносителя к холодильному агенту через теплопередающую поверхность, Дж; Qгод - годовое энергопотребление помещения, Вт; Qос - максимальный тепловой поток солнечной радиации через окна, Вт; Qосн - основные теплопотери помещения,Вт; Qосн – теплопотери через поверхность пола; qп , qр – прямой и рассеяный удельный тепловой поток, Вт/м2; Qполн - полные теплопотери в помещений, Вт; qчел - теплоприход от одного человека, Вт; R – термическое сопротивление слоя ограждающей конструкции, м2 °С/Вт; S - cтоимость энергии, потребленной тепловым насосом, грн.; S – константа сечения воздушного канала, м2; S1, S2, ...Si - расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м2 х град.С); tB - расчетная температура внутреннего воздуха, °С; tH - расчетная температура наружного воздуха, °С; V – cкорость воздуха, м/с; β – годовой показатель выработки теплового насоса; А  - амплитуда суточных колебаний суммарной солнечной радиации, Вт;А  - максимальная суточная амплитуда температуры наружного воздуха в июле, °С;а  - показатель поглощения помещением теплового потока солнечной радиации;А1, А2, А3… Ап, Аос – площади ограждающих конструкций, м2; К - коэффициент теплопередачи слоя ограждения, Вт/ м2 °С; Кинвест. – величина инвестиций в проект, грн.; Кпобочн – побочные издержки, грн.; Ктепл – издержки получения тепла, грн.; Кэнергия – стоимость получения энергии, грн.; М – массовый расход воздуха, кг/с. Мизг.доп - допустимый максимальный момент, Н×м; Мизгмах - максимальный изгибающий момент, Н×м; Нниз – низшая теплотворная способность топлива, кВтч / л; смаз – цена мазута, грн/л; сэл.эн – цена потребленной электроэнергии, грн/кВтч; У - находим коэффициенты теплоусвоения, Вт/(кв.м град.С); у — фактор формы днища; Х - центр масс прямоугольной детали, м; ВТА - внутренний теплообменный аппарат; ВЭР – возобновляемые энергоресурсы; К – компрессор; КОП –коэффициент преобразования теплового насоса; НТА - наружный теплообменный аппарат; ТН – тепловой насос; Ф – фильтр; ФК - фреоновый контур; ВВЕДЕНИЕ В данной дипломной работе рассматривается возможность применения теплового насоса в учебно-лабораторном корпусе (УЛК ХАИ) для его отопления в зимнее время. Анализируются технические, экономические и экологические аспекты этой задачи, что в конечном итоге должно уменьшить энергопотребление объекта. Объект исследования: технико-экономические аспекты применения тепловых насосов для обогрева учебно-лабораторного корпуса (УЛК ХАИ). До сегодняшнего дня тепловой насос представлялся главным образом как агрегат или некая система, предназначенная в первую очередь для кондиционирования воздуха, способная также обеспечить определенную отопительную мощность, в большей или меньшей степени удовлетворяющую потребности в тепле в зимний период. На самом деле характеристики этого оборудования стремительно меняются, и уже во многих странах Европы тепловой насос сменил, что называется, «ориентацию»: первым делом потребности в тепле, а охлаждение – потом. Больше того, зачастую тепловой насос уже используется только для отопления. Такая смена потребительской ориентации обусловлена произошедшей за последние два десятилетия трансформацией подходов западного мира: озабоченностью качеством воздуха, необходимостью решения проблемы парникового эффекта, создаваемого отопительными системами; поиском альтернативных экологических решений на смену традиционному отоплению посредством сжигания ископаемого топлива; повышением эффективности и надежности тепловых насосов вследствие эволюции рефрижераторных технологий, разработки новых спиральных компрессоров и пр.; уменьшением вредного воздействия рефрижераторных систем на среду вследствие разработки новых хладагентов HFC. Первые два фактора в наибольшей степени способствовали росту внимания к использованию альтернативных источников энергии. У тепловых насосов нового поколения охлаждающая жидкость уже почти повсеместно заменяется на R 407C. Данные системы применяются главным образом в зданиях, где имеется множество помещений: административные здания, жилые дома, гостиницы, мотели, торговые центры и пр. В торговых центрах их стали применять не так давно. На самом деле кольцевые водяные системы известны с 1960 года. Накопленный с тех пор опыт эксплуатации показывает, что по своей надежности они вполне могут соперничать с традиционными системами. В последние десятилетия наблюдается значительный интерес к технологиям производства тепловых насосов во всех развитых странах мира. Анализ возможных областей применения в экономике Украины теплонасосных технологий показывает, что на первом этапе в нашем государстве наиболее перспективной областью их внедрения являются системы жизнеобеспечения зданий. Существенное улучшение экономических и экологических характеристик производства тепловой энергии достигается с помощью теплонасосных установок (ТНУ), позволяющих трансформировать низкопотенциальную теплоту ВЭР и возобновляемых природных источников до более высоких температур, пригодных для целей теплоснабжения. Кроме того, применение ТНУ дает возможность приблизить тепловые мощности к местам потребления, минимизировать протяженность тепловых сетей, рассредоточить выбросы в регионе и получать в системах отопления 3...8 кВт эквивалентной тепловой энергии в зависимости от температуры низкопотенциальных источников, затрачивая при этом 1 кВт электрической энергии. Важнейшей особенностью ТНУ является универсальность по отношению к виду первичной энергии, возможность использования практически всех видов энергии, поскольку компрессор ТНУ может приводить в действие механическим, электрическим и любым тепловым двигателем. Это способствует оптимизации топливного баланса с замещением дефицитных энергоресурсов менее дефицитными видами. Крупным преимуществом схем теплоснабжения ТНУ с электрическим приводом является их высокая экологическая эффективность. ТНУ расходуют в 3–4 раза меньше топлива. По сравнению с электроотоплением расход электроэнергии сокращается на 50...70%. Благодаря полной автоматизации ТНУ не требует постоянного обслуживания. Дипломная работа будет посвящена повышению энергоэффективности источников теплоснабжения с использованием теплонасосных установок в системах теплоснабжения с учетом комплексного влияния вида привода компрессора ТНУ, схем и режимов работы; определению условий рационального комбинирования источников теплоснабжения и теплонасосных установок в системах теплоснабжения; разработке методических основ синтеза источников теплоснабжения с теплонасосными установками. В работе будет проведена систематизация и обобщение литературной информации по разработке и внедрению теплонасосных установок в системах теплоснабжения. Разрабатывается обобщенная система и математическое описание источника теплоснабжения с теплонасосной установкой. 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 1.1 Цель и задачи работы Целью исследования является определение конструкции теплового насоса и расчёта экономического эффекта его использования. Задачи, которые предстоит решить в процессе исследования: синтезировать тепловую модель учебно-лабораторного корпуса (УЛК ХАИ); проанализировать источники тепла в здании; провести обзор рынка тепловых насосов на Украине, подходящих для выполнения данной задачи; сформулировать выводы и рекомендации, как следствие проделанной исследовательской работы. Задачи, которые ставятся в работе: 1. Библиографический поиск с использованием современных информационных технологий по теме исследования. 2. Изучить теплоснабжение учебно-лабораторного корпуса. 3. Провести расчет теплового баланса здания. 4. Выполнить обзор промышленных установок типа тепловой насос, существующих на рынке Украины. 5. Рассмотреть возможности использования теплонасосных установок. 6. Выполнить технико-экономическое обоснование отопления для учено-лабораторный помещений с использованием теплового насоса. 7. Изучить номенклатуру промышленных установок типа тепловой насос, предлагаемых к реализации на рынке Украины. 8. Сформулировать заключение об эффективности тепловых насосов в качестве отопительных систем, в современных экономических условиях Украины. 1.2 Актуальность работы Актуальность темы научно-исследовательской работы заключается в обосновании использования теплонасосных установок. В условиях обостряющегося дефицита и роста цен на энергоносители проблема энергосбережения для экономики Украины в целом и для её жилищно-коммунального сектора в частности становится весьма актуальной. Известно, что жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ) является важнейшей социальной отраслью, где функционируют тысячи предприятий и организаций, эксплуатируется почти 25% основных фондов страны, занято около 7% трудоспособного населения и используется около 26% топливно-энергетических ресурсов Украины. В то же время эта отрасль экономики является наиболее технически отсталой с целым рядом все обостряющихся проблем. Средний расход тепловой энергии, используемой для отопления жилого фонда, превышает 600 кВт • ч / год на 1 м3, что в 4-5 раз выше, чем аналогичные показатели для таких «холодных» стран как Норвегия, Швеция и Финляндия. В регионах с низкой плотностью застройки, что характерно для сельской местности, где проживает около 40% населения Украины, показатели энергоэффективности использования теплоты в жилищно-коммунальном секторе ещё ниже. В этой группе децентрализованных энергопотребителей эксплуатируются сотни тысяч индивидуальных генераторов теплоты, имеющих, как правило, низкоэффективное оборудование с повышенным выбросом загрязняющих веществ в атмосферу. Альтернативой энергорасточительным теплогенераторам (малые котельные, печное отопление и т.п.), традиционно используемым для обеспечения теплом децентрализованных потребителей, могут служить тепловые насосы (ТН), представляющие собой энергосберегающее экологически чистое технологическое оборудование, внедрение которого позволяет не только уменьшить затраты органического топлива на получение теплоты, но и существенно снизить загрязнение окружающей среды. Принцип действия теплового насоса базируется на реализации обратного термодинамического цикла. В ТН рабочий агент совершает обратный круговой термодинамический цикл, в результате которого обеспечиваются непрерывный отвод энергии от холодного источника и передача её теплоносителю с более высокой температурой за счёт подвода внешней энергии к компрессору. Для оценки энергетической эффективности ТН используется коэффициент преобразования (СОР), представляющий собой отношение теплоты, отдаваемой тепловому потребителю, к затраченной работе привода компрессора. Величина коэффициента СОР зависят от разности температуры источника и потребителя, степени обратимости цикла, термодинамических свойств рабочего тела и других факторов и на практике находятся в пределах 1,5-6,0. Это значит, что на единицу затраченной электрической энергии, тепловому потребителю передаётся в 1.5 - 6 раз больше тепловой энергии. Эффективность тепловых насосов в последние годы значительно возросла вследствие изменений, внесенных в конструкцию компрессоров, теплообменников и микропроцессорных систем управления. Применение двухступенчатого сжатия и впрыска в компрессор жидкого фреона позволяет существенно увеличить диапазон давлений испарения и конденсации, тем самым значительно повышая максимальную температуру теплоносителя (вплоть до 700С) при температурах окружающей среды до -200С. Источниками низкопотенциальной теплоты являются атмосферный воздух, вода естественных водоёмов, грунт, грунтовые воды, солнечная радиация, а также источники теплоты, возникшие в результате деятельности человека, такие, как вода из систем охлаждения оборудования или технологических процессов, вытяжной воздух систем вентиляции, очищенная вода станций аэрации и др., т.е. вторичные низкопотенциальные энергоресурсы (ВЭР). Применение теплонасосной техники представляет собой не очередную модернизацию традиционных энергоисточников, а внедрение относительно нового, прогрессивного, высокоэффективного и экологически чистого способа преобразования энергии, позволяющего не только уменьшить затраты органического топлива при получении теплоты, но и существенно снизить загрязнение окружающей среды. Теплонасосные установки являются также многофункциональными, используемыми, в том числе в системах кондиционирования (одновременно производящими теплоту и холод), мобильными, относительно простыми в изготовлении и в эксплуатации. Исследования, выполненные и базирующиеся при оценке энергетической эффективности различных систем теплоснабжения на понятии коэффициента использованной первичной энергии, показывают, что при рационально организованной системе на базе тепловых насосов со средним коэффициентом преобразования 3,5 затраты топлива могут быть уменьшены по сравнению с крупными отопительными котельными в 1,2-1,8 раз, по сравнению с мелкими котельными и индивидуальными тепло генераторами - в 2-2,6 раза и по сравнению с электронагревателями - в 3-3,6 раза при нынешних тарифах на энергоносители. Учитывая тот факт, что по прогнозам стоимость тепловых насосов может увеличиваться не более чем на 2-3% в год, а тарифы будут расти сравнимо с уровнем инфляции (порядка 10-15% в год), сроки окупаемости могут существенно снизиться. В системах с рекуперацией теплоты низкопотенциальных сбросных энергопотоков и использованием теплонасосного оборудования для кондиционирования воздуха в помещениях в летнее время сроки окупаемости могут быть менее 2-3 лет. Опыт эксплуатации миллионов теплонасосных установок в различных странах мира подтверждает, что на сегодняшний день они, без сомнения, являются альтернативой энергорасточительным теплогенераторам, традиционно используемым в децентрализованных системах тепло- и хладоснабжения жилищно-коммунального сектора. В США и Японии для отопления и кондиционирования воздуха широкое применение получили реверсивные ТН класса «воздух-воздух». К 2000 году в США исследованиями и производством тепловых насосов занималось более пятидесяти крупных фирм. Общее количество работающих ТН к 2003 году превысило 25 млн. единиц. В Японии ежегодно производится и продаётся до 500 тысяч ТН различного функционального назначения, и около 5 млн. теплонасосных систем являются основным оборудованием в обеспечении теплотой жилищного фонда. Самые крупные ТН эксплуатируются в Швеции и странах Скандинавии. Из 110 тысяч теплонасосных станций, работавших в Швеции в 2000 году, около ста имели мощность 100 МВт и более, а наиболее мощный в мире ТН с установленной тепловой мощностью 320 МВт успешно работает в Стокгольме, используя в качестве низкотемпературного источника теплоту морской воды. К сожалению, если в развитых и развивающихся странах счёт работающих ТН ведётся на миллионы или сотни тысяч, в Украине работают единичные установки, созданные, в основном, на элементной базе холодильного оборудования, ввозимого из стран Западной Европы. Очень низкие темпы внедрения отечественных ТН объясняются не только худшими их показателями по экономичности, надежности и дизайну по сравнению с зарубежными аналогами, но и отсутствием должной подготовки отечественного потребителя к применению новой высокоэффективной теплонасосной технологии преобразования тепла. Для успешного продвижения и внедрения в народное хозяйство тепловых насосов необходима государственная программа с выделением бюджетного финансирования. Анализ ситуации в экономике и ЖКХ Украины показывает, что имеются колоссальные неиспользованные потенциальные возможности сбережения дорогостоящего органического топлива и снижения загрязнения окружающей среды продуктами сгорания и/или технологическими сбросами при внедрении теплонасосных установок различного функционального назначения в областях, где это внедрение целесообразно. Областями наиболее рационального внедрения являются: • применение ТН в жилищно-коммунальном секторе для горячего водоснабжения и отопления зданий; • применение ТН в системах создания оптимального микроклимата в крупных общественных зданиях, спортивных и киноконцертных комплексах, где наряду с проблемами термостатирования и утилизации теплоты сбросных воздушных и водяных потоков создаются условия, исключающие условия конденсации влаги на металлических и железобетонных строительных конструкциях и провоцирующие их коррозию и разрушение; • применение ТН в различных технологических процессах промышленности и сельского хозяйства. Выполненный краткий анализ проблем и возможностей использования теплонасосной технологии преобразования низкопотенциальной теплоты позволяет сделать следующие выводы: 1. Теплонасосная технология преобразования низкопотенциальной природной энергии или теплоты вторичных низкотемпературных энергоресурсов в высокопотенциальную тепловую энергию, пригодную для практического использования, представляет собой не очередную модернизацию традиционных энергоисточников, а внедрение относительно нового, прогрессивного, высокоэффективного и экологически чистого способа получения теплоты. 2. На сегодняшний день для решения проблем энергосбережения ТН являются наиболее перспективными среди источников «нетрадиционной энергетики» благодаря возможности «черпать» возобновляемую энергию из окружающей среды. В мировой практике для преобразования низкопотенциальной теплоты наибольшее распространение получили парокомпрессионные ТН с электрическим приводом и сорбционные с тепловым приводом. 3. В мире эксплуатируются миллионы теплонасосных установок различного функционального назначения, обеспечивая колоссальную экономию первичных энергоресурсов и значительное снижение эмиссии СО2 и других вредных выбросов в атмосферу. Области наиболее перспективного внедрения ТН - это системы тепло- и хладоснабжения промышленных технологических процессов, отопления, кондиционирования, горячего водоснабжения объектов жилищно-коммунального комплекса, энергетика. 4. Украина существенно отстает от стран мирового сообщества, как по производству, так и по внедрению ТН в различные области экономики. В Украине нет промышленного производства ТН, внедренные установки производятся, как правило, в единичных экземплярах, но даже при своих не оптимальных параметрах подтверждают достоинства и уникальность применения ТН как эффективных энергосберегающих источников теплоты в различных отраслях экономики. 5. Конкурентоспособность ТН зависит от большого числа факторов термодинамического, конструктивного, экономического характера, от их функционального назначения и экологического воздействия на окружающую среду и др. В каждом конкретном случае на основании технико-экономических расчетов определяется целесообразность внедрения ТН конкретного типа в качестве источника теплоты для конкретного потребителя. Упрощенный подход к подбору мощностей и комплектующих, выбору схемных решений, к монтажу и сервисному обслуживанию относительно дорогих ТН может привести к дискредитации идеи внедрения теплонасосных технологий у отечественного потребителя. 6. Без государственной поддержки, заключающейся в надлежащем финансировании программ создания отечественных ТН, конкурентоспособных по отношению к импортным аналогам, без введения специальных тарифов на электроэнергию для пользователей ТН, без льгот и выгодных кредитов при покупке, без уменьшение НДС при ввозе комплектующих отечественными производителями ТН-техники и т.п. проблемы внедрения ТН останутся декларативными. 1.3 Обзор литературы Многократное повышение стоимости добываемых и производимых топливно-энергетических ресурсов, истощение запасов традиционного органического топлива и экологические последствия его сжигания, возрастающая с каждым годом потребность в тепловой энергии жилищно-коммунального и промышленного хозяйства, ужесточающиеся требования по обеспечению экологической чистоты технологических процессов и охраны окружающей природной среды обусловили все более широкое использование эффективного энергосберегающего оборудования - тепловых насосов (ТН) и технологий на их основе. В последние десятилетия наблюдается значительный интерес к этим технологиям практически во всех развитых странах мира. Анализ возможных областей применения в экономике Украины теплонасосных технологий показывает, что на первом этапе в Украине наиболее перспективной областью их внедрения являются системы жизнеобеспечения зданий. Тепловым насосом называется техническое устройство, реализующее процесс переноса низкотемпературной теплоты, не пригодной для прямого использования, на более высокотемпературный уровень. По аналогии с водяными насосами, перекачивающими воду, тепловые насосы «перекачивают» теплоту. Иными словами, ТН являются трансформаторами теплоты, в которых рабочие тела совершают обратный термодинамический цикл, перенося теплоту с низкого температурного уровня на высокий. Таким образом, из низкопотенциальной теплоты различного происхождения (природной возобновляемой теплоты грунтовых и поверхностных вод, теплоты грунта, атмосферного воздуха, а также сбросной техногенной теплоты технологических процессов промышленных производств, сточных вод биологических и других очистных сооружений) с температурой 0-50°С вырабатывается тепло. При этом количество получаемой полезной тепловой энергии среднего потенциала, за исключением потерь, равно сумме тепловых энергий низкого и высокого потенциалов, что обуславливает энергетическую и, как следствие, экономическую и экологическую эффективность тепловых насосов. В настоящее время в индустриально развитых зарубежных странах и России определилось два основных принципиальных направления в развитии тепловых насосов: 1) парокомпрессионные тепловые насосы (ПТН); 2) абсорбционные тепловые насосы (АБТН). 1.3.1 Парокомпрессионные тепловые насосы ПТН Принцип работы ПТН Принцип действия парокомпрессионного теплового насоса аналогичен принципу действия домашнего холодильника. В нем морозилка (испаритель) забирает тепло из охлаждаемых продуктов. Это тепло и выделяется в помещение из радиатора (конденсатора), который расположен на задней стенке снаружи холодильника. «Перекачиваемое» тепло несколько раз превосходит затраченную энергию. Точно так же и ПТН забирает тепло из природного (вода, грунт, воздух) или постоянного техногенного источника низкопотенциальной теплоты и, затрачивая некоторую энергию на свою работу, преобразует энергию низкого потенциала в тепловую энергию среднего потенциала, пригодную для потребителей. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ПТН |