- •Технологические системы отрасли
- •Раздел 1. Технология теплоснабжения предприятий сферы сервиса…………………..2
- •Раздел 1. Технология теплоснабжения предприятий
- •1.1.Современная концепция модернизации теплоснабжения
- •1.1.1.Беспрецедентный климат России
- •1.1.2 Закон рф «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности»
- •1.1.3. Государственная программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 г.»
- •1.2. Параметры микроклимата в помещениях
- •1.2.1. Параметры микроклимата в жилых и общественных помещениях.
- •1.2.2 Параметры микроклимата в рабочих зонах предприятий
- •1.2.3. Параметры микроклимата при проектировании отопления, вентиляции и кондиционирования
- •1.2.4.Влажность воздуха
- •1.2.5.Воздухообмен в помещении
- •1.2.6.Минимально необходимый воздухообмен
- •1.3. Климатические параметры регионов в холодный и тёплый период года.
- •1.4. Энергетический паспорт здания (помещения)
- •1.4.1.Тепловая защита зданий
- •Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
- •1.4.2. Пример составления энергетического паспорта помещения
- •1.5.Энергосберегающие мероприятия
- •1.5.1.Оптимизация подачи и потребления энергии.
- •1.5.2. Утилизация тепла отработанного воздуха
- •1.5.3.Потенциал энергосбережения при одновременном снижении перетопов, снижении температуры и воздухообмена в нерабочее время и утилизации тепла отработанного воздуха.
- •1.6.Тепловые насосы.
- •Кольцевые теплонасосные системы
- •1.7. Системы централизованного теплоснабжения (сцт)
- •1.7.1. Устройство и схемы подключения сцт.
- •1.7.2. Зависимость тарифа на тепло от потерь в сетях коммунального теплоснабжения
- •1. Учет фактических потерь в тепловых сетях путём составления для каждой системы централизованного теплоснабжения балансов теплоносителя и тепловой энергии.
- •2. Установку приборов измерения количества тепловой энергии у потребителей, что даст стимул тсо снижать потери в сетях, а потребителям возможность заниматься энергсбережением.
- •1.8. Зарубежный опыт теплоснабжения
- •Зарубежный опыт эксплуатации систем теплоснабжения[19]
- •Литература.
1.5.3.Потенциал энергосбережения при одновременном снижении перетопов, снижении температуры и воздухообмена в нерабочее время и утилизации тепла отработанного воздуха.
Эффект от одновременного осуществления всех трёх мероприятий удобно рассчитывать раздельно для рабочего и нерабочего времени.
В рабочее время tвн. =19°С, zраб.=1100 ч, Vвозд.= 81,6 м3/ч, регенерация тепла 90%.
QпотерьРаб= QокнаР+QстеныР+Qвозд.Р=(tвн. – tотоп.пер.)× ×zраб´(Aокон./Rокон+Aстен./Rстен+0,1свозд.´rвозд.´Vвозд)
QпотерьРаб= (19–(-1,8))°С´1100ч´3600c/ч´ × [3,14м2/0,44(м2°С)/Вт+
+9,67м2/2,42м2´°С/Вт+0,11кДж/(кг´°С)´ ×1,30кг/м3´81,6 м3/3600c]= 20,8°С´3,96´106с´[7,14+4,00+2,95] Дж/°С´с = 82,37°С´с ´14,09 МДж/°С´с =
=1161 МДж.
В нерабочее время tвн. =12°С, zнераб.= 4180ч, Vвозд.= Vвозд.0,2= 0,2 1/ч´62,3м3=
=12,5 м3/ч, регенерация тепла 90%.
QпотерьНераб= QокнаН+QстеныН+Qвозд.Н=
= (tвн. – tотоп.пер.) zнераб´ (Aокон./Rокон+Aстен./Rстен+0,1свозд.´rвозд.´Vвозд.0,2)
QпотерьНераб= (12–(-1,8))°С´4180ч´3600c/ч´[3,14м2/0,44(м2°С)/Вт+
+9,67м2/2,42м2´°С/Вт+0,11кДж/(кг´°С)´1,30кг/м3´12,5м3/3600c]=
=13,8°С´15,048´106с´[7,14+4,00+0,45] Дж/°С´с = 207,7°С´с ´11,59 МДж/°С´с = = 2407 МДж.
Суммарные потери составят: QпотерьСумм.= QпотерьРаб +QпотерьНераб= 1161 МДж + 2407 МДж = 3568 МДж
Экономия по сравнению с базовым вариантом составит:
ΔQсумм = Qпотерь23– QпотерьСумм. =
= 19144 МДж - 3568 МДж = = 15576 МДж0,25руб/МДж=3894 руб.
Итак, потенциал энергосбережения при одновременном выполнении всех трёх мероприятий составляет 15576 МДж или 3894руб., т.е. 191 руб/м2 в год. Для здания на ул.Седова, 55 площадью около 3600 м2 это составит почти 700 тыс.рублей в год.
1.6.Тепловые насосы.
Существенно повышает энергоэффективность национальных экономик использование возобновляемых источников энергии, к которым относятся солнечное излучение, ветер, биотопливо, тепло грунта, воды и атмосферы.
Наибольшее распространение получило использование тепла окружающей среды с помощью тепловых насосов.
В природе тепло самопроизвольно передаётся от более нагретого тела менее нагретому. Для передачи тепла в обратном направлении необходимо использовать холодильную машину, в которой осуществляется обратный термодинамический цикл.
Холодильные машины применяются в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах. По сути все эти устройства являются тепловыми насосами, то есть переносят тепло. Отличие только в том, откуда и куда переносится.
В домашних холодильниках тепло забирается у продуктов, помещённых в холодильник, и через оребрённый конденсатор на задней стенке холодильника передаётся воздуху кухни.
В кондиционерах тепло забирается у воздуха помещения и выносится на улицу. В реверсивных кондиционерах с помощью четырёхходового клапана может изменяться направление переноса тепла. В холодное время года такие кондиционеры забирают тепло на улице и переносят в помещение для его обогрева.
В тепловых насосах тепло забирается у грунта, воды или атмосферы и переносится в помещение для обогрева.
Во всех описанных устройствах принцип действия и состав холодильных машин (тепловых насосов) одинаков.
На рисунке 1.8 приведена схема теплового насоса, использующего тепло грунта для теплоснабжения жилого дома.
Грунтовый замкнутый контур (1), по которому циркулирует рассол (смесь воды с антифризом), состоит из пластинчатого теплообменника B/C, насоса, обеспечивающего циркуляцию рассола (на схеме не показан), и теплообменных труб большой протяжённости, заглублённых в грунт на глубину ниже глубины промерзания.
Компрессионная холодильная машина (2) состоит из испарителя С, компрессора D, конденсатора E и терморегулирующего расширительного крана F, соединённых трубопроводами и образующих замкнутый герметичный контур, внутри которого циркулирует хладагент.
Контур теплоснабжения (3) состоит из пластинчатого теплообменника G/E, насоса, обеспечивающего циркуляцию рассола (на схеме не показан), систем теплопотребления и соединяющих их трубопроводов.
Рис.1.8. Схема теплового насоса
Температура грунта на глубине заложения теплообменных труб всегда больше температуры рассола, поэтому от грунта рассолу теплопроводностью через стенки труб передаётся тепло
Q = α×Δt×F,
где α– коэффициент теплопередачи от грунта к рассолу, Вт/оС м2;
Δt – разница температур между грунтом и рассолом, оС;
F – площадь поверхности теплообменных труб, м2.
Это тепло через стенку пластинчатого теплообменника B/C теплопроводностью передаётся хладагенту и расходуется на его испарение. Компрессор D cжимает газообразный хладагент, в результате чего он нагревается до 100оС.
В пластинчатом теплообменнике G/E тепло теплопроводностью передаётся от хладагента воде контура теплоснабжения, которая используется для горячего водоснабжения и отопления помещения. Хладагент при этом конденсируется.
T-s диаграмма идеального обратного термодинамического цикла Карно теплового насоса приведёна на рисунке 1.9.
Рис.1.9. Обратный цикл Карно на T-S диаграмме.
На диаграмме отрезок 1-2 отражает изотермическое испарение хладагента в испарителе, отрезок 2-3 – адиобатическое сжатие хладагента в компрессоре, отрезок 3-4 – изотермическую конденсацию хладагента в конденсаторе, отрезок 4-1 – дросселирование хладагента через терморегулирующий клапан F.
На T-s диаграмме площадь прямоугольника b-4-3-a представляет количество тепла, отданного конденсатором qк:
qк = Тк (sb – sa)
Площадь прямоугольника b-1-2-a эквивалентна количеству тепла, отбираемого хладагентом в испарителе q0:
q0 = Т0 (sb – sa)
Разность этих площадей, или площадь 1-2-3-4, есть затраченная работа W:
W = qк - q0
Когда холодильная машина используется для охлаждения (в холодильнике, кондиционере), для оценки её эффективности применяется холодильный коэффициент ε, он же EER (energy efficiency ratio), равный отношению холодопроизводительности теплового насоса к мощности, потребляемой компрессором:
ε = q0/W = Т0/(Тк – Т0)
Когда холодильная машина используется для отопления (в тепловом насосе и в реверсивном кондиционере), для оценки её эффективности применяется отопительный коэффициент μ, он же СОР (coefficient of performance), равный отношению тепла , отданного конденсатором qк, к мощности, потребляемой компрессором:
μ = qк/W = ε + 1 = Тк/(Тк – Т0)
Значения холодильного коэффициента EER для идеального обратного цикла Карно в зависимости от температуры испарения при температурах конденсации 20 °С, 30 °С и 40 °С показаны на рис. 1.10.
Из рисунка и из формул видно, что при использовании в качестве низкотемпературного источника атмосферного воздуха при похолодании эффективность тепловых насосов заметно снижается.
Например, при Тк=30°С=303 К и Т0=15°С=288К μ=303/15=20,2.
А уже при Т0=5°С=278К μ=303/25=12,1.
Рис.1.10.Отопительный коэффициент обратного цикла Карно
Изменение направления движения хладагента в контуре теплового насоса с помощью четырёхходового крана позволяет изменять направление передачи тепла кондиционером (рис.1.11).
Рис.1.11. Сплит-система, имеющая режимы охлаждения и обогрева
При повороте четырёхходового крана на 90о изменяется направления движения хладагента, внутренний теплообменник становится конденсатором, а внешний - испарителем. Кондиционер начинает переносить тепло с улицы в помещение, т.е. обогревать его.