Молодежная научная весна 20. Часть 4

Далее расчетные схемы были переведены в программу Лира, в которой были назначены жесткостные характеристики элементов ферм. Из-за необычного очертания фермы, имеющей ломанныйнижнийпоясидвухскатныйверхний,пришлосьперед началом расчетов создавать расчетную модель в программе AUTOCAD, а уже потом загружать созданную модель в расчетную программу (рис. 2).

После назначения всех нагрузок и профилей произведен расчет фермы с учетом РСУ.

Рис. 2. Расчетная схема фермы с расцентровкой узлов для расчета в программе ЛИРА САПР

Схема деформирования ферм во всех 3–х вариантах выглядит примерно одинаково и имеет вид как на рис. 3.

Рис. 3. Схема деформирования фермы под нагрузкой

Результаты расчетов показали запас прочности у двух ферм изгнутозамкнутыхэлементовсрасцентровкойибезрасцентровкиузлов.Программапредлагаетуменьшениепрофиляпримерно в 20–25 %.

Для фермы, составленной из различных прокатных профилей, были назначены произвольные размеры сечений, после расчета программа «ЛИРА» подобрала сечения, представленные в табл. 1.

71

Согласно подсчету массы данной фермы, она составила 7,2677 тонны. Вес фермы, принятой для проекта, составляет 6,992 тонны. Масса почти одинаковая, тогда почему же не принять ферму из уголков и двутавров? Ответ прост. Эта масса 7,2677 тонны без запаса прочности, в отличие от фермы из гнутозамкнутых профилей. Если же мы увеличим запас прочности у данной фермы, то ее вес будет примерно 10–11тонн, а это вызывает большие проблемы при монтаже на высоте свыше 26 метров.

72

Сварные гнутозамкнутые профили дают возможность уменьшить вес конструкций на 15 %, а иногда и на 30 %, поскольку для функциональной связи конструкций не применяют дополнительные части. А меньшее количество использованных элементов и уменьшение трудозатрат на изготовление фермы в итоге уменьшает общую стоимость самого здания. Также такие фермы легко и просто, а помимо всего, и качественно обрабатывать антикоррозийными растворами, что в будущем увеличивает срок службы фермы.

Список литературы

1.Серия ПК-01-133 Стальные конструкции покрытий промышленных зданий с плоской кровлей пролетами 24,30 и 36, М. 1996. 70 с.

2.Серия 1.460.3-23.98 Стальные конструкции покрытий производственных зданий пролетами 18, 24 и 30 м из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения с уклоном кровли 10 %.

3.ГОСТ 23119-78 Фермы стропильные стальные сварные с элементамиизпарныхуголковдляпроизводственныхзданий.Технические условия.

4.Сайт инженера проектировщика: фермы типа «Молодечно». [Электронныйресурс].Режимдоступа: http://www.saitinpro.ru/glavnaya/ nesushchie-konstruktsii/metallbcheskie-konstruktsii/stalnye-fermy/fermy- tipa-molodechno/ (дата обращения: 18.01.2020).

Научный руководитель – М. В. Чечель, доцент кафедры строительства Забайкальского государственного университета.

73

Н. В. Акулова.

студент гр. ТЭС-16, энергетический факультет ЗабГУ

Использование тепловых насосов в системах теплоснабжения

Тепловой насос – это бурно развивающаяся альтернатива традиционному способу теплоснабжения. Стремительное распространениеданнойустановкиобусловленовысокойэнергоэффективностью, быстрой окупаемостью и значительной экономией энергоресурсов в перспективе.

Наибольшее распространение тепловые насосы получили в странах Европы, это связано с энергетическим кризисом 1970-х годов, который послужил толчком для их массового применения. Государственная поддержка в виде субсидий, дотаций и налоговых кредитов способствовала этому. Лидерами по установке ТНУ являются Швеция, США, Германия, Норвегия и Швейцария. Например, в Швеции, где 95 % жилых зданий отапливаются тепловыми насосами, была реализована «Программа энергетической политики по рациональному использованиюэнергии2002 г.»(на2003‒2007гг.),врамкахкоторой было осуществлено содействие закупке и внедрению энергоэффективных технологий.

ВРоссии ТНУ пока не получили такого широкого распространения, это связано с рядом причин, таких как: большая централизация теплоснабжения; отсутствие прямого или косвенного стимулирования потребителей в использовании тепловых насосов; отсутствие налоговых и тарифных льгот; отсутствие национальных ГОСТов для стандартизации поверки и сертификации тепловых насосов. На данный момент, есть положительные перспективы в развитии и внедрении данных технологий [1].

Внастоящее время, в программе развития Энергетики приоритетными направлениями является: рациональное использование энергоресурсов и энергетическая эффективность оборудования, за счёт применения, новых современных технологий, позволяющие снизить удельные затраты топлива на производство энергопродукта. Данной программой предусмотрена структурная диверсификация, в рамках которой централизованное энергоснабжение дополнится децентрализованным, это позво-

74

лит внедрение энергоэффективных технологий альтернативной инетрадиционнойэнергетики,втомчислеиспользованиетепловых насосов [2].

В рамках данной программы предусматривается применениеэнергосберегающихтехнологийкакнаисточникетеплоснабжения, так и у самого потребителя.

Применение теплонасосных установок при централизованном теплоснабжении повышает экономичность работы тепловых электростанций, а при установке, в так называемых, «энергоэффективных» домах, даёт экономию энергии 25‒55 %, по сравнению с централизованными домами [3].

Тепловой насос на источнике теплоснабжения имеет несколько вариантов включения:

‒установка ТНУ на конденсатор турбины;

‒установка ТНУ на теплофикационный пучок конденсатора турбины.

При использовании ТНУ на конденсаторе паровой турбины (рис. 1) [4], с целью уменьшения тепловых потерь цикла, путем возврата низкопотенциальной теплоты. Тепловой насос получает тепло от охлаждающей воды, и передает его потребителю. При этом оказывая положительное влияние на работу ТЭЦ и её показатели:

‒повышение КПД станции;

‒снижение расхода топлива;

‒снижение количества сбрасываемой теплоты;

‒увеличение тепловой мощности электростанции, не изменяя электрическую нагрузку и суммарный расход топлива;

‒снижение температуры циркуляционной воды на входе в паровую турбину, следовательно углубление вакуума в конденсаторе;

‒улучшение экологических показателей ТЭЦ. Подключение ТНУ к встроенному теплофикационному

пучку конденсатора паровой турбины (рис. 2) [4]. Такой способ установки позволяет:

– повысить экономичность ТЭС, за счёт снижения температуры циркуляционной воды на входе в паровую турбину, увеличивается теплоперепад срабатываемый в турбине. Наибольшая экономичность будет при переменных режимах работы турбины;

75

– повысить температуру теплоносителя отпускаемого потребителю.

Рис. 1. Принципиальная тепловая схема ТЭЦ, с установкой абсорбционного теплового насоса на конденсатор паровой турбины:

1 – парогенератор; 2 – цилиндр высокого давления; 3 – цилиндр низкого давления; 4 – возврат конденсата с производственного потребителя; 5 – абсорбционный тепловой насос; 6 – пиковый водогрейный котел; 7 – сетевой насос; 8 – тепловой потребитель; 9 – циркуляционный насос; 

10 – конденсатный насос; 11 – конденсатор паровой турбины; 12 – деаэратор; 13 – питательный насос; 14 – подогреватель высокого давления; 15 – подогреватель химически очищенной воды; 16 – расширитель

непрерывной продувки

При установке тепловых насосов, непосредственно, у потребителей тепловой насос может работать в разных режимах: только на отопление, только горячее водоснабжение (ГВС) и совмещение отопления с ГВС.

Государственнаяпрограммапостроительствудоступногожилья способствует увеличению количества «энергоэффективных» домов, которые позволяют в значительной степени сократить потребление энергоресурсов и стоимость вырабатываемой энергии. Еслисравниватьзатратынаподключение(технологическоеприсоединение)кужесуществующейсистеметеплоснабжениеиэксплу- атационно-монтажные затраты при установке ТНУ, то последнее имееткратноменьшуюстоимость.На2020 г.вРоссииужепостроено 154 «энергоэффективных» домов, 45 из которых оснащены геотермальными тепловыми насосами (рис. 3‒4) [3].

76

Рис. 2. Схема ТЭЦ, с установкой теплового насоса на встроенный теплофикационный пучок турбины: 1 – паровая турбина; 2 – конденсатор; 3 – трубы подвода охлаждающей воды; 4 – теплообменник–испаритель теплового насоса; 5 – компрессор теплового насоса; 6 – подача тепла к тепловому потребителю; 7 – теплообменник–конденсатор теплового насоса; 8 – дроссель; 9 – конденсатный насос; 10 – система подогревателей низкого давления; 11 – деаэратор; 12 – питательный насос; 13 – система подогревателей высокого давления; 14 – котёл; 15 – электрогенератор

Рис. 3. Дом в Московской области. Клинский р-н, р. п. Решетниково, ул. Парковая, 3

77

Рис. 4. Тепловой пункт дома в Московской области. Клинский р-н, р. п. Решетниково

Виды оборудования, вырабатывающего энергетические ресурсы с использованием возобновляемых источников энергии для дома с рис. 3: 3 тепловых насоса – для системы отопления, 48 вертикальных геотермальных зондов, 1 тепловой насос ‒ для системы горячего водоснабжения.

Экономия энергии от мероприятий по энергосбережению в % от общего ее потребления в аналогичном доме – 70 %.

На рис. 5 приведена принципиальная схема включения теплового насоса в схему отопления, с возможностью нагрева ГВС.

Все процессы в тепловом узле управляются автоматически с помощью контроллера, он корректирует температуру воды в системе отопления, в зависимости от погодных условий. ТНУ имеет низкийуровеньшумаивибрацийинизкиеэксплуатационныерасходы за счёт высокого коэффициента преобразования. [5]

ВозможнаустановкаТНУупотребителейтепловойэнергии в качестве конечных догревателей (рис.6). В этом случае, в качестве низкопотенциального источника тепла используется холодный теплоноситель тепловых сетей.

78

Рис. 5. Принципиальная схема ТНУ Viessmann Vitocal 300-G BW/BWC 301.B06Источник низкопотенциальной теплоты – грунт

Рис. 6. Универсальная система компенсации нагрузки ГВС:

1 – подающий трубопровод; 2 – обратный трубопровод; 3 – трубопровод воды идущей на ГВС; 4 – конденсатор; 5 – испаритель; 6 – теплообменник ГВС; 7, 8, 9 – запорная арматура; 10 – циркуляционный насос; 11 – отопительный прибор; 12 – трехходовой клапан; 13 – источник теплоснабжения;

14 – бак-аккумулятор; 15 – циркуляционный насос бака; 16 – элеватор; 17 – теплонасосный блок

79

Данная схема предполагает покрытие нагрузки ГВС в неотопительный период. Достоинством такого метода является: малозатратность; простота интеграции в существующие системы отопления; снижение затрат на тепловую энергию за счёт использования избыточного тепла здания. [6]

Использование тепловых насосов является хорошей альтернативой традиционным способам теплоснабжения населения. Данная технология не только снижает растущее ресурсопотреблениенапроизводствоэнергии,ноиповышаетэффективностьработы оборудования электростанции. Широкий выбор источников низкопотенциального тепла должен способствовать распространению. Рассматривая темпы строительства жилья, спрос на установку энергосберегающих технологий должен возрасти. А разработка нормативной базы и внесение поправок в государственные программы,упроститихвнедрение.Ностоитотметить,несмотря на то, что авторы всех представаленных разработок доказывают ихэффективность, досихпорведутсяспорыкасательноцелесообразности совмещения технологий ТЭЦ и ТНУ.

Список литературы

1.Портал ЭнергоСовет.ru // Проблемы развития рынка тепловых насосов в России и необходимость государственной поддержки их внедрения: [сайт]. [2016]. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http:// www.energosovet.ru/stat917.html (дата обращения: 06.03.2020).

2.Проект Энергетической стратегии Российской Федерации до

2035 года.

3.Фонд содействия реформирования ЖКХ // Карта энергоэффективных домов:]. [2016]. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http:// www.energodoma.ru/karta-energoeffektivnykh-domov-rossii/ dalnevostochnyj-fo/house/117 (дата обращения: 06.03.2020).

4.Н. Н. Ефимов, В. В. Папин, П. А. Малышев, Р. В. Безуглов: Анализ использования тепловых насосов на тепловых и атомных электростанциях: Известия вузов. Северо-Кавказский регион. 2010. Вып. 4.

С. 35–39.

5.Балтекс СПб. Строительство и Реновации // Тепловой насос Viessmann Vitocal 300-G мощностью 5.3 кВт:[Электронный ресурс]. Ре-

жим доступа: https://goo.su/0QBN (дата обращения: 07.03.2020).

6.А. Г. Батухтин,М. В. Кобылкин,М. Г. Барановская:Применение тепловых насосов для развития теплофикации: Научно-технические ведомости Cанкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2016. Вып. 1. С. 28–36.

80