Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тепловые насосы. Теория принятия решений. Учебно-методическое пособие
.pdf
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра инженерных систем и экологии
Тепловые наносы.
Теория принятий решений
Астрахань, 2022
2
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Тепловые насосы.
Теория принятия решений
электронное учебно-методическое пособие
предназначено для студентов, обучающихся
по направлениям «Теплоэнергетика и теплотехника»
профиль «Энергетика теплотехнологий».
© Е. М. Бялецкая, сост., 2022
© ГАОУ АО ВО «Астраханский государственный архитектурно-строительный университет», 2022
ISBN 978-5-93026-160-8
Об издании: 1, 2
3
УДК 621.54(086.76)
ББК 31.38
Т34
Рекомендован к изданию редакционно-издательским советом
Астраханского государственного
архитектурно-строительного университета
Составитель
Бялецкая Елена Михайловна
к.т.н., доцент кафедры инженерных систем и экологии
Астраханского государственного
архитектурно-строительного университета
Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент,
кафедры прикладной информатики в экономике
Астраханского государственного технического университета
И. О. Бондарева;
директор ООО «ВИМУТ-ЮГ»
М. В. Кудяков
Тепловые насосы. Теория принятия решений [Электронный ресурс] : учебно-мето-
дическое пособие / Е. М. Бялецкая, – Электрон. текстовые данные (4,66 Мб). – Астрахань :
Астраханский государственный архитектурно-строительный университет, 2022. – 1 опт. диск
(CD-R).
Актуальность разработки определяется большим интересом к современным системам в теплоэнергетике и теплотехнике, перспективностью развития данной отрасли в
рамках повышения эффективности, экологичности и экономичности теплоснабжающего
оборудования. Рассматриваются теоретические и практические основы проектирования,
проведения и анализа инженерного исследования в области теплоэнергетики и теплотехники, даны примеры расчетов и подбор оборудования тепловых сетей, приведены справочные материалы для выполнения практических заданий по дисциплине «Теория и
практика инженерного исследования».
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям «Теплоэнергетика
и теплотехника» профиль «Энергетика теплотехнологий».
ISBN 978-5-93026-160-8
Минимальные системные требования
для воспроизведения электронного издания:
Процессор с тактовой частотой 1,5 ГГц и выше, Windows 7 SP1/8, 8.1/10, 1 ГБ ОЗУ, 380 МБ
свободного пространства на жестком диске; программа для чтения
файлов формата PDF, наличие CD\DVD-привода.
© Е. М. Бялецкая, сост.
© ГАОУ АО ВО «Астраханский государственный
архитектурно-строительный университет»
ДАЛЕЕ
4
Издание публикуется в авторской редакции
Техническая обработка и подготовка материалов:
П. С. Лехем
Подготовлено к изданию 23.06.2022 г.
Астраханский государственный
архитектурно-строительный университет
414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 18
Тел./факс: (8512) 49-42-15
Е-mail: iic@aucu.ru
Заказ № 4399
Тираж 200 экз. (первый завод – 10 экз.)
Записано на материальный носитель
в Астраханском государственном
архитектурно-строительном университете
(Информационно-издательский центр)
414056, г. Астрахань, ул. Татищева,18
Тел./факс: (8512) 66-72-24; 66-72-26
Е-mail: iic@aucu.ru
5
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................... 6
ГЛАВА 1. ОСНОВЫ КОНЦЕПЦИИ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
И ВОЗМОЖНОСТЬ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
В УСЛОВИЯХ РФ ........................................................................................... 7
1.1. Классификация и область применения тепловых насосов ................... 14
1.2. Принцип работы теплового насоса .......................................................... 16
1.3. Источники низкопотенциальной тепловой энергии ............................... 19
1.3.1. Воздух ................................................................................................... 19
1.3.2. Вода ...................................................................................................... 21
1.3.3. Грунт .................................................................................................... 21
1.4. Цикл теплового насоса .............................................................................. 22
1.5. Примерная схема теплоснабжения
с помощью теплового насоса ........................................................................... 22
1.6. Область применения различных насосов,
нагнетателей и компрессоров .......................................................................... 24
ГЛАВА 2. ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ АГАСУ
«НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ – ТЕПЛОВОЙ НАСОС»
НВИЭ1-ТН-С-К ................................................................................................ 26
ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ НА ОБОРУДОВАНИИ
«НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ – ТЕПЛОВОЙ НАСОС»
НВИЭ1-ТН-С-К ................................................................................................ 37
3.1. Лабораторная работа № 1 .......................................................................... 37
3.2.
Лабораторная
работа № 2
......................................................................... 43
3.3. Лабораторная работа № 3 .......................................................................... 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 61
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................. 64
6
ВВЕДЕНИЕ
Более половины потерь энергии, приводящих к огромным финансовым затратам при эксплуатации зданий, происходит за счет применения
устаревших и/или энергозатратных климатических систем.
Одним из направлений энергосбережения в области отопления, вентиляции и кондиционирования и уменьшения финансовых затрат на эксплуатацию зданий являются технологии на основе тепловых насосов.
Тепловой насос – это установка, которая предназначена для осуществ-
ления автономного обогрева жилых помещений и производственных зданий, а также для подачи туда горячей воды. Такие установки занимают совсем мало места, являются абсолютно экологически чистыми и, что самое
главное, экономичными. Работают тепловые насосы за счет использования
энергии от источника энергии с низкой температурой (земля, озера, реки)
к потребителю с более высокой температурой. Данный принцип работы был
создан уже достаточно давно, похожая техника применяется и в морозильных камерах, но только в другом ключе. Забрав тепло воздуха, насос увеличивает энергию и выполняет с ее помощью свои непосредственные задачи,
то есть нагрев воды и отопление помещений.
Срок службы тепловых насосов до капитального ремонта – 10–15 отопительных сезонов, что является очень высоким показателем по сравнению
с другими обогревательными системами. Отопление тепловыми насосами
происходит полностью в автоматическом режиме. Нужно лишь периодически контролировать режим работы, а также каждый сезон производить технический осмотр. Как правило, окупаемость таких обогревательных установок составляет около трех отопительных сезонов, но, в зависимости от условий их работы, а также сезонности, возможно достижение максимальной отдачи в их работе, что может сделать срок окупаемости еще ниже. Хоть в
нашей стране тепловые насосы получают распространение только сейчас, за
рубежом их достоинства люди оценили уже давно. Их производство уже
налажено во многих странах. По данным исследователей, уже в 2020 г. применение различных типов тепловых насосов для обогрева и горячего водоснабжения составила 75 %.
В данном методическом пособии вы не только получите теоретические знания о классификации и принципе работы теплового насоса, но и
сможете выполнить лабораторные работы на установке теплового насоса,
что позволит лучше понять принцип его работы.
7
ГЛАВА 1. ОСНОВЫ КОНЦЕПЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ЭНЕР-
ГЕТИКИ И ВОЗМОЖНОСТЬ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
В УСЛОВИЯХ РФ
Традиционный вектор развития электроэнергетики, которого придерживались во всем мире в прошлом столетии, основан на наращивании новых
мощностей при планомерной модернизации оборудования. При этом используемый технологический базис отрасли не претерпевал изменений в течение десятков лет. Однако база позволяла покрыть все экономические и
общественные запросы.
Последние два десятилетия ознаменовались рядом достижений в компьютеризации технологических процессов, развитии интеллектуальных систем,
которые способны автоматически корректировать цели и задачи, выполняя
комплексные процессы при минимальном участии человека. Приняв во внимание необходимость перехода на новый индустриальный уровень, главы технически развитых государств поручили специалистам провести ряд исследований, по итогам которых было установлено, что традиционный путь развития
электроэнергетики нельзя выбирать в качестве основы в XXI в.
Рис. 1. Динамика промышленного развития
Для выработки новой концепции потребовалось обратиться к стратегическому менеджменту, основанному на достижении результата с долгосрочной перспективой, когда на первых этапах проводится максимально подробный анализ опыта и моделирование ближайшего будущего таким образом, чтобы в дальнейшем вносить минимум корректив.
На первом этапе создания концепции интеллектуальной энергетики
было сформировано четкое понимание, каким требованиям должна удовлетворять отрасль для успешного функционирования государства в целом и
отдельных его составляющих. Принимаются во внимание текущие и предполагаемые угрозы, возможные изменения мотивации потребителей. Базисом были выбраны следующие положения:
8
электроэнергетика как элемент энергетического комплекса в целом
представляет собой инфраструктурную базу для развития экономики
страны, одинаково ценную для всех институтов;
принцип оптимизации ресурсов должен быть основополагающим
при использовании энергии;
интеллектуальная энергетика не может чинить препятствий для по-
требителей в вопросе выбора приборов и услуг;
необходимо обеспечить обществу достаточный уровень выработки
электроэнергии, при этом снизить до минимума влияние на экологию планеты.
Интеллектуальная электроэнергетика, ставшая флагманской концепцией, не предполагает получения объема энергии с фиксированными параметрами и характеристиками. Она основана на том, что потребитель самостоятельно выбирает, как много электроэнергии ему необходимо, какую
часть от этого по силам обеспечить самостоятельно. Совершенствование систем управления нагрузкой в электрических сетях является одним из шагов
для достижения конечного результата.
Реализовать концепцию интеллектуальной энергетики можно только
при планомерном смещении акцентов от централизованной поставки ресурсов к распределенной генерации. Принципиальное отличие от классического подхода в том, что функция управления будет реализована в режиме
реального времени.
Традиционная система предполагает, что объекты электроэнергетики –
исключительно крупные генерирующие мощности и относящиеся к ним распределительные сети. Однако во второй половине 2010-х по всему миру заметен тренд на распределенную энергетику.
Доказательством тому служат процессы модернизации коммунальных
котельных с преобразованием в когенерационные установки, попытки снизить затраты с помощью альтернативных решений. Второй фактор в настоящий момент выражен слабее, чем хотелось бы из-за технологической проблемы – отсутствие эффективной технологии хранения добытого электричества. Ее решение даст новый импульс интеллектуальной энергетике.
Рис. 2. Сценарии использования топлива в структуре потребления электроэнергии
9
Для успешного внедрения новой концепции нужно отказаться от
прежних принципов использования электричества и внести изменения в текущую нормативно-правовую базу РФ. Первый шаг – отказ от негативного
отношения к малой распределенной энергетике, который сейчас характерен
для органов власти и большой электроэнергетики.
В дальнейшем следует найти рациональные сочетания между крупными и малыми мощностями, приняв во внимание экономические интересы,
как производителей, так и потребителей электроэнергии. Применительно
к Астраханской области можно сделать вывод о наличии тенденций к тому,
чтобы успешно войти в новую технологическую фазу. Один из таковых –
развитие возобновляемой энергетики.
Таблица 1
Электростанции Астрахани и области
Название
Тип
Электрическая
мощность (МВт)
Астраханская ТЭЦ-2
Теплоэлектроцентраль
380
Центральная котельная
Теплоэлектроцентраль
235
Астраханская ГРЭС
Теплоэлектроцентраль
110
Ахтубинская СЭС
Солнечная электростанция
60
Фунтовская СЭС
Солнечная электростанция
60
Наримановская ВЭС
Ветряная электростанция
24
СЭС Володаровка
Солнечная электростанция
15
СЭС Промстройматериалы
Солнечная электростанция
15
СЭС Енотаевка
Солнечная электростанция
15
СЭС Заводская
Солнечная электростанция
15
СЭС Нива
Солнечная электростанция
15
ТЭЦ-Северная
Газопоршневая электростанция
8
СЭС Наримановская
Солнечная электростанция
0,25
Особенностью Астраханской энергосистемы является расположение
объектов инфраструктуры с северо-запада на юго-восток вдоль реки Волги
на протяжении более 600 км. Около 80 % всего потребления Астраханской
энергосистемы сосредоточено на юге Астраханской области (г. Астрахань и
его промышленная территория).
Энергосистема Астраханской области – тупиковая, связанная с энергосистемой Волгоградской области двумя линиями электропередачи напряжением 110 кВ и четырьмя линиями электропередачи напряжением 220 кВ.
В ближайшие годы необходимо видоизменить структуру рынка для
того, чтобы малая генерация стала более конкурентоспособной на фоне
большой электроэнергетики, обеспечив справедливое ценообразование
в каждом из случаев.
Изменения нормативно-правовой базы для реализации нового технологического этапа должны ввести понятие муниципальной электроэнергетической инфраструктуры. Одна из ключевых задач на верхнем уровне – со-
10
вершенствование ФЗ «Об электроэнергетике» с регламентацией малой распределенной энергетики. Для того чтобы успешно решить ее, государству
необходимо урегулировать ряд вопросов.
В результате должно быть обеспечено ценообразование применительно к избыткам электрической энергии, которая создается с помощью
мощностей потребителей. Интеллектуальная энергетика предполагает развитие распределенного сектора с экономической точки зрения, когда созданы условия, стимулирующие к строительству новых объектов. С целью
развития отрасли государству следует:
обеспечить прозрачность механизмов работы, организовать сбор ин-
формации на всех этапах;
подкорректировать правила ценообразования сетевых услуг;
следить за каждым шагом создания схем развития отрасли на муни-
ципальном уровне, предложив единую структуру управления проектами;
добиться совместной работы регионов и федерального уровня, обес-
печив координацию при развитии электроэнергетики.
Краткосрочным итогом внедрения интеллектуальной энергетики
должно стать привлечение средств, которые будут потрачены на замену
оборудования с высоким уровнем износа, а также увеличение мощностей
с учетом прогнозируемой динамики спроса. Лишь развитие по фиксированной стратегии, исключающей резкие изменения вектора, способно дать результат на фоне экономических проблем, малопривлекательной инвестиционной картины и прочих трудностей энергетики, которые остались от реформ прошлого десятилетия.
Сложности, возникающие при инвестировании и регулировании процессов в текущей модели электроэнергетики.
После того как состоялся окончательный переход к рыночной экономике, государство взяло на себя задачу привлечения инвестиций в отрасль
электроэнергетики. Однако в настоящий момент этот процесс осложнен рядом факторов, ставших результатом противоречивой политики.
Целями инвестиционной политики государства в сфере развития единой
национальной (общероссийской) электрической сети являются повышение эффективности электроэнергетики, устранение технологических ограничений
перетока электрической энергии и увеличение пропускной способности электрических сетей для обеспечения выдачи мощностей электростанциями.
2018 г. стал временем подведения итогов инвестиционной стратегии,
подразумевавшей 5 лет на подготовку решений и еще 5 лет на реализацию
всего запланированного. Стоит отметить определенные успешные результаты: к примеру, установленная мощность отечественной энергосистемы выросла на 14 % (в период с 2008 по 2017 гг.) и средняя рентабельность по
EBITDA в отрасли поднялась с 16 до 25 %. Исходя из этих показателей,
можно говорить о финансовом оздоровлении сектора. Однако расценки для
промышленных предприятий выросли в 1,25 раз, поэтому нельзя говорить о
полном прекращении перекрестного субсидирования.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]