XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Современное развитие техники открывает более эффективные способы использования электроэнергии в системах централизованного теплоснабжения. К таким способам можно отнести компенсацию части потребляемых энергетических ресурсов за счет использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), перераспределение избыточной энергии в существующих системах.

Преимущества теплоснабжения, использующих ВИЭ, по сравнению с их традиционными аналогами, связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения, но и с их экологической чистотой, а также с новыми возможностями для повышения степени автономности работы этих систем.

В современных условиях использования ВИЭ надежно закрепили свое место схемы с использованием низкопотенциального тепла окружающей среды при помощи теплонасосных установок (ТНУ)

Однако, не смотря на различные технологии сбора тепла окружающей среды, все предлагаемые технологические решения с использованием ТНУ объединяет один недостаток, ограничивающий их область применения. Этим недостатком являются значительные капиталовложения при внедрении ТНУ в существующие системы отопления.

Решением проблемы затрат может стать переход на новый источник тепла, доступ к которому не требует значительной реконструкции исходной схемы теплоснабжения.

Способ горячего водоснабжения реализуется следующим образом (рис. 1): в неотопительный период, когда система отопления и горячего водоснабжения (ГВС) здания переводится на режим ГВС, закрывается запорная арматура и открывается арматура, тем самым создавая закрытый контур циркуляции внутри системы отопления здания, изолированный от внешних тепловых сетей. В закрытом контуре при помощи циркуляционного насоса, теплоноситель подается в систему отопления. Проходя отопительные приборы, теплоноситель забирает избыточное тепло помещений, после чего поступает в испаритель теплонасосной установки, где охлаждается, передавая собранное тепло хладагенту, циркулирующему в контуре теплонасосной установки. Тепло, полученное хладагентом отдается в конденсаторе теплонасосной установки, в который в качестве нагреваемой среды подается вода, идущая на ГВС. Нагрев осуществляется до температуры не менее 60 °С, после чего вода подается потребителю.

Рис. 1. Система горячего водоснабжения здания:

1 – подающий трубопровод; 2 – обратный трубопровод; 3 – трубопровод воды идущей на горячее водоснабжение; 4 – конденсатор теплонасосной установки; 5 – испаритель теплонасосной установки; 6 – теплообменник горячего водоснабжения; 7, 8, 9 – запорная арматура; 10 –циркуляционный насос; 11 – отопительный прибор; 12 – трехходовой клапан.

Таким образом, используя в качестве низкопотенциального источника теплоты воду, циркулирующую в системе отопления здания в неотопительный период, можно обеспечивать здание горячей водой вне зависимости от централизованного источника тепла при незначительных капитальных затратах. При этом экономический эффект достигается за счет экономии при переходе на автономный источник тепла, экономии от отсутствия тепловых потерь от трубопроводов абонентского ввода, а также экономии за счет сокращения затрат на кондиционирование помещений.

Рассмотрим пример управления и возможный экономический эффект от схемы, представленной на рис. 2. Введем ограничения, т.к. на данном этапе исследования необходимо принципиально оценить возможный эффект от схемы. Пусть два абонента постоянно снабжаются сетевой водой в количестве 400 кг/с и температурным графиком 104/60. Теплоснабжение осуществляется от двух турбин ПТ 60-90. График потребления тепла абонентами представлен на рис. 3. Верхний график характеризует необходимое изменение температуры прямой сетевой воды, нижняя часть графика – температуру обратной сетевой воды.

Рис. 2. Схема комплекса теплоснабжения:

1 – источник теплоснабжения; 2,3 – конденсатор теплового насоса; 4,5 – испаритель теплового насоса; 6 – тепловой насос; 7 – привод; 8 – потребитель; 9 – второй потребитель; 10,11,12,13 – регуляторы расхода; 14 – трубопроводы прямой сетевой воды; 15 – трубопроводы обратной сетевой воды.

Рис. 3. График потребления тепла абонентами

При расчете температура прямой сетевой воды от станции в течение суток оставалась постоянной, а температура обратной сетевой воды менялась в зависимости от потребности в тепле абонентов, которая характеризуется пиками и провалами на графике. При этом на станции после смешения потоков была усредненная температура обратной сетевой воды. При понижении температуры прямой сетевой воды на 4 °С, т.е. до температуры 100 °С, когда пики тепловой нагрузки снимались тепловым насосом, за сутки на станции можно снизить потребление топлива на 31 т, а в год – 11354 т угля, что в денежном эквиваленте по Хранорскому углю (768 р/т) 8,72 млн руб.

Данная технология может вполне дополнять существующее централизованное теплоснабжение, причем, чем больше разница двух отношений, тем меньше срок окупаемости проекта.

Список используемых источников:

1. 1. Батухтин А.Г. Использование тепловых насосов для повышения тепловой мощности и эффективности существующих систем централизованного теплоснабжения // Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2010. № 2. С. 28-33

   2. Петин В.В. Батухтин А.Г., Калугин А.В., Сафронов П.Г. Современные технологии использования электрической энергии в системах централизованного теплоснабжения // Научно-технические ведомости СпбГТУ. Спб., 2010. № 4. С. 32-38

   3. Ефимов Н.Н. Перспективы использования тепловых насосов в энергообеспечении промышленных и коммунальных предприятий / Н.Н. Ефимов, П.А. Малышев // Теплоэнергетика. 2009. № 11. С. 30-33.