Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию создания Тюменского индустриального институ

ОБ ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СЛОЖНЫХ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

Киборт И.Д.

г. Ухта, ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет»

e-mail: ivxg@mail.ru

Современные энергоэффективные системы вентиляции и кондиционирования (СКВ) требуют наличия мощного аналитического инструмента, способного еще на этапе проектирования оценить степень эффективности работы. Сложность разработки такого инструмента заключается в выборе некоторого набора численных показателей, значения которых могли быть достоверным показателем оценки работы системы. Как правило, при проектировании СКВ специалист вынужден оценивать соотношение нескольких переменных параметров, что, в конечном счете, определяет особенность конкретной системы. Зачастую, такой метод является компромиссным, так как без широкого опыта проектирования и мощной инструментальной базы определить оптимум достаточно затруднительно [1]. В данной работе рассмотрены примеры решения проблемы вывода численного показателя эффективности работы системы утилизации теплоты удаляемого воздуха.

Одним из наиболее эффективных методов повышения энергетической эффективности СКВ является внедрение воздушного теплового насоса (ВТН) в качестве теплоутилизатора. При этом за счет активной ступени теплотрасформации на выходе из утилизатора система получает выигрыш в приобретенной тепловой энергии, равной значению коэффициента преобразования энергии ВТН. Значение коэффициента преобразования энергии (КТЭ) является показателем эффективности ступени теплотрансформации ВНТ, однако, ввиду влияния термодинамических, гидравлических и аэродинамических ограничений, общая эффективность системы, в общем, мало зависит от КТЭ [2]. Не меньшее влияние на показатели работы ВТН оказывает ценность утилизированной тепловой энергии: теплоту воздуха, утилизированную в теплый период года, труднее реализовать, и наоборот, сложно утилизировать теплоту воздуха в холодный период года при очевидной легкости реализации. В итоге, выведенный показатель должен учитывать целый ряд условий работы системы.

В рамках решения проблемы проектирования системы активной утилизации теплоты удаляемого воздуха был разработан программный комплекс подбора и анализа показателей СКВ с теплоутилизационным ВТН. При разработки ПО был рассмотрен вопрос выведения численного показателя эффективности работы системы.

Основная информативная нагрузка в рассматриваемом случае ло-

131

жится на значение коэффициента тепловой эффективности (КТЭ). При разработке ПО в алгоритм был включен модуль, проводящий оценку величины затрачиваемой энергии на привод компрессора ТН и вентилятора СКВ. В данную величину заложены значения энергии:

на преодоление внутреннего сопротивления процесса сжатия

среды;

на сопротивления трения среды в трубопроводной арматуре и теплообменных устройствах;

на аэродинамические сопротивления.

В итоге повышается информационная ценность значения КТЭ.

Qобщ - значение общей энергии затраченной системой на обработку воздуха до конечного состояния приточного, определяемое по формуле 2.

Qтэ - затрачиваемая тепловая энергия нагревателя приточной установки;

Qхэ - затрачиваемая холодильная энергия воздухоохладителя;

Qэ - затраченная электрическая энергия на привод компрессоров.

Чем меньше значение Qобщ , тем эффективней СКВ при прочих рав-

ных условиях.

kr - коэффициент, учитывающий ценность утилизированной тепловой энергии и потенциал реализации.

kr kc k p

3) kc - опытный коэффициент, выражающий степень ценности утили-

зированной теплоты, где 0 – минимальное значение, 1 – максимальное значение. Данный коэффициент зависит от климатических особенностей района проектирования. Для московской области kc = 0,5.

k p - опытный коэффициент, выражающий потенциал реализации

утилизированной теплоты, где 0 – минимальное значение, 1 – максимальное значение. Данный коэффициент зависит от климатических особенностей района проектирования. Для московской области k p = 0,5.

132

Таким образом, в рамках работы алгоритма расчета СКВ с утилизацией теплоты удаляемого воздуха при помощи ВТН был выведен КТЭ, числовое значение которого оценивает совокупную эффективности системы с учетом:

особенностей работы цикла ВТН;

особенностей процесса теплообмена в воздушных теплообменных аппаратах;

особенности соотношения тепловой нагрузки между СКВ и

ВТН;

климатические особенности района проектирования.

В процессе тестирования и отладки работы программного комплекса было выявлено отсутствие прямой зависимости срока окупаемости системы теплоутилизации от значения ее КТЭ. На основании такого парадоксального поведения системы был сделан следующий вывод: ввиду особенностей рынка ВТН более существенное влияние оказывает тепловая мощность ВТН как основной ценообразующий фактор. Различие же показателей эффективности между некоторым количеством вариантов исполнения системы не оказывает существенно влияния на конечные экономические показатели работы. Отчасти, это объясняется точностью работы ПО, которое выбирает из более чем 136000 вариантов только 40 наиболее предпочтительных. В итоге, значение КТЭ, состоящее из 4х цифр, меняется лишь в знаках 3го и 4го порядков, что дает право ими пренебречь. Скорректированное значение КТЭ можно определить по формуле 4.

В данной работе был представлен выведенный коэффициент эффективности работы сложной СКВ с утилизацией теплоты удаляемого воздуха при помощи ВТН, значение которого охватывает широкий спектр показателей работы системы. На данный момент ведется работа по расширению информативной значимости КТЭ с целью повышения точности виртуального моделирования поведения сложный теплопередающих систем.

Литература

1.Domitrovic R. The Growing Role of Heat Pumps in a Smart Grid Era / R. Domitrovic, K. R. Amarnath // IEA Heat Pump Centre Newsletter. – 2012. – №2. – С. 9-11.

2.Рейй Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы: Пер. с англ. – М.: Энергоиздат, 1982. – 224 с.

133

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ СИСТЕМА ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПОДСОБНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ КОТЕЛЬНОЙ

Киборт И. Д., Кошкарев А. Ю.

г. Ухта, ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет»

e-mail: ivxg@mail.ru

Всовременных условиях повышение эффективности использования энергетических ресурсов и энергосбережение становится одним из важнейших факторов экономического роста и социального развития России. Это подтверждено во вступившем в силу с 23 ноября 2009 года Федеральном законе РФ № 261 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности».

Закон собрал различные требования к организациям для повышения энергоэффективности. Но основной целью этого документа все-таки является стимулирование перехода на энергоэффективные системы абсолютно всех сфер связанных с использование энергетических ресурсов. А такой переход будет очень затяжным, если не будет государственного стимулирования. Все объясняется новизной и некоторыми затратами, от которых не уйти при внедрении чего то нового.

Но, по оценкам экспертов, данный закон должен произвести просто колоссальный экономический эффект в масштабе всей страны.

Необходимо разобраться в понятиях энергосбережения и энергоэффективности. В отличие от энергосбережения (сбережение, сохранение энергии), главным образом направленного на уменьшение энергопотребления, энергоэффективность (полезность энергопотребления) — полезное (эффективное) расходование энергии.

Вданном докладе представлен один из способов оптимизации распределения ресурсов котельной, на примере проектирования эффективной системы микроклимата котельной ЗАО «Жешартский фанерный комбинат».

Котельная отпускает тепловую энергию с паром и горячей водой. Пар используется как для технологических нужд ЗАО «ЖФК», так и для передачи тепловой энергии теплофикационной воде, которая циркулирует

всистемах теплоснабжения промышленной площадки и городских потребителей. Процесс передачи тепловой энергии от пара к теплофикационной воде осуществляется в пароводяных водоподогревателях – бойлерах. Бойлеры установлены в бойлерной котельного цеха.

Топливо для котельного цеха подается:

для газовых котлов ДЕ-25-14ГМ по газопроводу на ГРПБкотельная, давление 0,4 кгс\см2;

для КЕ-10 №5 – 0,04 кгс/см2;

134

для котлов КЕ-14-10С из открытого склада щепы по скребко-

вому транспортеру подачи длинной 55м и раздаточному скребковому транспортеру длинной 14,2 м в приемные бункера V=13м3;

для газопылевого котла КЕ-10 №5 - от бункера ДБО-60 (нахо-

дится в ДВП СП), пневмотранспортом Ø 377*9 мм протяженностью 180 м шлифпыль подается в рукавный фильтр УВП- СЦ-22 (V 57 v3), далее спиральным транспортером в промежуточный бункер котла КЕ-10 №5 (резервное топливо – газ и для поднятия необходимой температуры для сжигания шлифпыли).

Питьевая вода по водопроводу ввод Ду = 219 мм поступает по Ду = 100 мм на Nа-катионитовые фильтры для очистки от химических примесей

,на коллектор Ду =200 мм, в деаэрационную установку для нагрева до 104ºС, на подпиточные насосы ЦНСГ и в котел.

Бойлерная котельного цеха предназначена для нагрева воды по температурному графику 80/54 и перекачки горячей воды сетевыми насосами ЦН 400/105 в теплосети для отопления зданий промплощадки и ГП «Жешарт».

Часть сетевой воды после бойлеров отбирается на отопления служебных помещений котельного цеха. Согласно [1, п.3],тепловой баланс, расход тепловой энергии на собственные нужды составляет 9,4 тыс. Гкал/г (по состоянию на первый квартал 2013 года). В помещениях в качестве отопительных приборов установлены гладкотрубные регистры. Система отопления зависимая.

Паровые котлы (№№ 1,2,3,4,5) в целях снижения тепловых потерь, улучшения санитарно-гигиенических условий работы персонала, герметичности котлоагрегата, и т.д. имеют соответствующую изоляцию и обшивку. Плотное экранирование боковых стенок, потолка и пода топочной камеры позволяет применить на котлах облегченную обмуровку разгруженного типа. На экранные трубы укладываются асбестовые плиты, затем обмуровка толщиной в один кирпич (огнеупорный). Плотность такого рода обмуровки достигается применением обшивки всей наружной поверхности котла железным листом толщиной 2—3 мм. Железный лист обычно приваривается к специальной решетке из углового железа, сваренного с каркасом. Между обшивкой и кирпичом оставляется воздушный зазор 5—10 мм или укладываются теплоизоляционные плиты.

Помещения для персонала оборудованы системой отопления, вода для которой нагревается при помощи вырабатываемой теплоты от общей совокупности котлоагрегатов. При помощи программного комплекса собственной разработки были проведены расчеты величины необходимого теплового обеспечения данных помещений с учетом особенностей работы персонала. Ввиду того, что тип деятельности персонала не попадает под определенную классификацию по [2]. Было принято решение разработать систему отопления, отвечающую требованиям среднего значения темпера-

135

турного диапазона, заключенного между категориями 3а и 3в. Таким образом, температура воздуха в подсобных помещениях не должна опускаться ниже отметки в 18°С. Температура воздуха в машинном зале составляет не менее 20°С, при нормируемых по [3] 16°С. Анализ наличия неутилизированной теплоты показал наличие более 38кВт тепловой энергии заключенной в воздушном объеме машинного помещения, которое возможно использовать для обогрева помещений для персонала. При необходимых 21кВт на нужды системы отопления, утилизация теплоты воздуха машинного помещения, позволит заменить собой штатную систему. Ожидаемым экономическим эффектом от внедрения данной системы будет разница в годовой стоимости тепловой энергии, затраченной на штатную систему отопления.

Согласно расчетам, расход воздуха на обеспечение работы котлов составляет Gк = 5040 м3/ч. Расчетный расход воздуха на обеспечение работы системы воздушного отопления составляет Gо = 9081 м3/ч. Исходя из того, что системой естественной вентиляции предусмотрен трехкратный воздухообмен, то, при объеме машинного зала Vмз = 7690 м3, дополнительной системы приточной вентиляции с системой обработки наружного воздуха предусматривать нет необходимости.

Далее были проведены мероприятия по проектированию системы воздухораспределения. Согласно проведенным расчетам, на компенсацию аэродинамических потерь, необходимо установить вентилятор с потребляемой мощностью Nv =2,1 кВт.

Для обеспечения регулирования температуры воздуха в помещениях применяется центральная система регулировки в виде смесительного узла собственной разработки на основе комплектующих фирмы «Вентпромсервис ».

Расходы на приобретение и монтаж разработанной системы были проведены при помощи нормативных документов ФЕР-2001 и ГЭСН-2001, с последующим пересчетом на цены 2013 года согласно [4,5,6]. В таблице 1 представлены данные экономического баланса.

Таблица 1. Экономические показатели

Анализ экономических показателей, доказал экономическую обоснованность данного решения. Очевидно, что чем выше расход тепловой энергии на обеспечение работы системы воздушной вентиляции, тем выше

136

экономическая эффективность внедряемой системы.

Литература

1.Паспорт котельной. Закрытое акционерное общество «Жешартский фанерный комбинат»

2.ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные [Текст] - М.: Госстрой России 1996. – 9 с.

3.СП 60.13330.2010 Отопление, вентиляция и кондиционирование. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003 [Текст] – М.: Госстрой России 2013. – 76 с.

4.МДС 81 -33.2004 «Методические указания по определению накладных расходов в строительстве», Москва 2004.

5.МДС 81-25.2001 «Методические указания по определению сметной прибыли в строительстве», Москва 2001

6.МДС 81-34.2004 «Методические указания по определению величины накладных расходов в строительстве, осуществляемом в районах Крайнего Севера и в местностях, приравненных к ним», Москва

2004.

ПЕРЕДВИЖНАЯ БАЗА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБСЛУЖИВАНИЙ И РЕМОНТОВ В ДАЛИ ОТ БАЗ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

Конев В.В., Аксарин И.В.

г. Тюмень, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

e-mail: konev@tsogu.ru, aksarinivan@bk.ru

На северных территориях России эксплуатируется большой парк строительно-дорожной техники, значительное количество которой дистанцированно от стационарных баз. Особенно это очевидно при строительстве и эксплуатации нефтегазовых объектов, основные объемы работ которых выполняются в зимний период. Поэтому возникают проблемы с межсменным хранением машин, тепловой подготовкой и проведением технических обслуживаний и ремонтов (ТО и Р) /1,2/. Для повышения эффективности эксплуатации техники в условиях низких отрицательных температур необходимо провести анализ возможных вариантов решения проблемы.

Проведение тепловой подготовки техники обосновывается снижением износов механизмов и расхода топлива, а также повышением срока эксплуатации техники. В случае использования гаражей необходимость тепловой подготовки техники была бы исключена.

В суровых условиях эксплуатации техники, характерных для Запад-

137

ной Сибири нормативы периодичности и трудоемкости проведения ТО и Р корректируются коэффициентами. Трудоемкость проведения работ увеличивается. При этом возникают дополнительные затраты на транспортирование техники на стационарные базы. Нормы расхода топлива также корректируются в сторону увеличения до 20 % /3,4/.

Гипотезой является: использование передвижной базы позволит повысить эффективность эксплуатации техники за счет сокращения времени и затрат на тепловую подготовку и проведение ТО и Р в дали от стационарных баз. В таблице представлен анализ методов организации ТО и Р техники.

В соответствие с проведенным анализом предложена и разработана конструкция передвижной базы, основными преимуществами которой являются: мобильность (малый вес, технологичность); быстрота сборки и простота конструкции; энергоэффективность (сокращение времени на тепловую подготовку, затрат на ГСМ при подготовке техники к работе); снижение выбросов отработавших газов ДВС; низкая себестоимость.

Технической задачей предлагаемого решения является улучшение эксплуатационных качеств базы за счет облегчения работы с подвижными секторами, а также улучшение теплоизоляционных свойств. Теоретические исследования позволили определить зависимость времени охлаждения базы с техникой, расположенной на межсменное хранение, от температуры окружающего воздуха при различной толщине теплоизоляции. От условий эксплуатации, вида, предполагаемого хранения и обслуживания машин будет зависеть конструкция базы.

Примечание: «+» - преимущества, «-» - недостатки.

138

Предлагаемые усовершенствования не вносят изменений в конструкцию машины, а изготовление гаража не требует высококвалифицированного персонала. По предлагаемой методике база изготавливается в условиях малых предприятий.

Указанные преимущества, позволяют достигнуть экономического эффекта и предполагаемого срока окупаемости около 1,5 года.

При использовании передвижной базы для ТО и Р техники создается дополнительная возможность достижения положительного эффекта за счет формирования страхового резерва строительно-дорожных машин.

Литература

1.Вашуркин И.О., Карнаухов H.H. Условия работы землеройных машин на территориях Западной Сибири. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2000.-

152 с.

2.Гаврилов, Константин Львович. Дорожно-строительные машины: устройство, ремонт, техническое обслуживание [Текст]: учебное пособие / К. Л. Гаврилов, Н. А. Забара. - 2-е изд., испр. и доп. - Клинцы : Клинцовская городская типография, 2011. - 335 с.

3.Карнаухов Н.Н. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири. - М. : Недра, 1994. - с. 352.

4.Карнаухов Н.Н., Мерданов Ш.М., Шефер В.В., Иванов А.А. Эксплуатация машин в строительстве: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГН-

ГУ, 2006.-440с.

СНЕГОТАЯЛКА КАК СПОСОБ ПЕРСПЕКТИВНОГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Костырченко В.А., Мадьяров Т.М., Шаруха А.В., Спиричев М.Ю.

г. Тюмень, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет» e-mail: tts@tsogu.ru

Дальнейшее развитие экономики Российской Федерации неразрывно связано с развитием конкурентоспособных отраслей, главными из которых остаются нефте- и газодобычи. Но для обеспечения развития основных отраслей необходимо не забывать и о простых, обыкновенных нуждах граждан таких как жилищное коммунальное хозяйство. Уборка придомовых территорий является одной из главных проблем особенно в зимний период. Уборка и утилизация снежной массы, как правило, тяжелый и трудоемкий процесс, требующий больших инвестиций и трудовых затрат.

Существует множество способов решения данной проблемы: механическое воздействие на снег внутри кузова машины, усовершенствование воздействия газового теплового генератора, использование выхлопных га-

139

зов от двигателя внутреннего сгорания базовой машины и одним из перспективных является использование снегоплавильных пунктов для утилизации снежной массы.

Опыт использования снегоплавильных пунктов у России имеется с 6 марта 1928 года, когда вышло постановление Президиума Московского Совета РК и КД «Об устройстве и содержании снеготаялок».

Начиная с 1933 года в начали применяться стационарные снеготаялки, работающих на отходящих газах котельных, конструкции сначала теплотехника Макарова, а затем с 1939 года инженеров В.Г. Ефремова и Н.И. Горбунова, более 60 которых находилось в эксплуатации. Они представляли собой кирпичный подземный резервуар, загружаемый снегом, через который проходил отходящий из котлов газ.

Велись активные поиски новых конструктивных решений передвижных (мобильных) снеготаялок. Были изготовлены различные конструкции угольных передвижных снеготаялок: однобункерная и двухбункерная снеготаялки конструкции инженеров П.В. Заколупина и А.П. Колодея и двухшатровая снеготаялка конструкции инженеров В.Я. Елагина и Н.И. Ильина с использованием электродвигателя и вентилятора для подачи под напором воздуха под колосниковую решѐтку, которые были испытаны в 1950 году и рекомендованы для применения как дворовые снеготаялки.

В 1966 году трестом «Гордормеханизация» Управления благоустройства Мосгорисполкома была изготовлена экспериментальная стационарная газовая тепловодяная снеготаялка, разработанная институтом «Мосгазпроект», воду в которой разогревали три погружные газовые горелки.

Дальнейшим развитием системы утилизации снега является внедрение положительного, полученного в зимний период 2007/08 г.г., опыта использования передвижных отечественных снеготаялок конструкции института ВНИИстройдормаш.

Анализ опыта снегоудаления в зарубежных странах со сходными

но и передвижные снеготаялки. Диапазон производительности их распространяется от 20 до 500 тонн снега в час. Особую эффективность они показали в условиях отсутствия достаточного времени для вывоза снега и свободных мест для длительного его хранения.

Все применявшиеся ранее и эксплуатируемые в настоящее время снеготаялки могут быть классифицированы:

на стационарные, привязанные к обслуживанию конкретных территорий и мобильные двух видов - перевозимые и самоходные;

по способу загрузки снега - с загрузкой автопогрузчиками (мобильные), со встроенным или навесным снегопогрузчиком (самоходные)

ис самосвальной или бульдозерной загрузкой(стационарные);

140