Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов

Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов

В предлагаемой статье рассматриваются условия эффективного использования для этой цели тепловых насосов. Выполнение этих условий позволит экономически оправданно сократить потребление природного газа в коммунальной сфере до 30 % в условиях постоянного повышения тарифов на топливо. В запропонованій с...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Промышленная теплотехника
Дата:2011
Автор: Клименко, В.Н.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут технічної теплофізики НАН України 2011
Теми:
Коммунальная и промышленная теплоэнергетика
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60374
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов / В.Н. Клименко // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 5— С. 42-48. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60374
record_format dspace
spelling Клименко, В.Н.
2014-04-14T20:36:02Z
2014-04-14T20:36:02Z
2011
Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов / В.Н. Клименко // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 5— С. 42-48. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
0204-3602
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60374
621.577+621.18+662.994
В предлагаемой статье рассматриваются условия эффективного использования для этой цели тепловых насосов. Выполнение этих условий позволит экономически оправданно сократить потребление природного газа в коммунальной сфере до 30 % в условиях постоянного повышения тарифов на топливо.
В запропонованій статті розглядаються умови ефективного використання для цієї мети теплових насосів. Виконання цих умов дозволить економічно виправдано скоротити споживання природного газу в комунальній сфері до 30 % в умовах постійного підвищення тарифів на паливо.
Presented work considers the conditions of effective use of heat pumps for mentioned purpose. Fulfillment of these conditions will allow environmentally friendly natural gas substitution in municipal sector on the level of up to 30 % in terms of constant growth of fossil fuel prices.
ru
Інститут технічної теплофізики НАН України
Промышленная теплотехника
Коммунальная и промышленная теплоэнергетика
Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов
Some feature of the use of vapor compression heat pump systems for waste heat boilers utilization
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов
spellingShingle Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов
Клименко, В.Н.
Коммунальная и промышленная теплоэнергетика
title_short Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов
title_full Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов
title_fullStr Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов
title_full_unstemmed Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов
title_sort некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов
author Клименко, В.Н.
author_facet Клименко, В.Н.
topic Коммунальная и промышленная теплоэнергетика
topic_facet Коммунальная и промышленная теплоэнергетика
publishDate 2011
language Russian
container_title Промышленная теплотехника
publisher Інститут технічної теплофізики НАН України
format Article
title_alt Some feature of the use of vapor compression heat pump systems for waste heat boilers utilization
description В предлагаемой статье рассматриваются условия эффективного использования для этой цели тепловых насосов. Выполнение этих условий позволит экономически оправданно сократить потребление природного газа в коммунальной сфере до 30 % в условиях постоянного повышения тарифов на топливо. В запропонованій статті розглядаються умови ефективного використання для цієї мети теплових насосів. Виконання цих умов дозволить економічно виправдано скоротити споживання природного газу в комунальній сфері до 30 % в умовах постійного підвищення тарифів на паливо. Presented work considers the conditions of effective use of heat pumps for mentioned purpose. Fulfillment of these conditions will allow environmentally friendly natural gas substitution in municipal sector on the level of up to 30 % in terms of constant growth of fossil fuel prices.
issn 0204-3602
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60374
citation_txt Некоторые особенности применения парокомпрессионых тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов / В.Н. Клименко // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 5— С. 42-48. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT klimenkovn nekotoryeosobennostiprimeneniâparokompressionyhteplovyhnasosovdlâutilizaciisbrosnoiteplotyotopitelʹnyhkotlov
AT klimenkovn somefeatureoftheuseofvaporcompressionheatpumpsystemsforwasteheatboilersutilization
first_indexed 2025-11-24T15:58:03Z
last_indexed 2025-11-24T15:58:03Z
_version_ 1850849790395416576
fulltext ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №542 КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА УДК -621.577+621.18+662.994 Клименко В.Н. Институт технической теплофизики НАН Украины НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПАРОКОМПРЕССИОНЫХ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ СБРОСНОЙ ТЕПЛОТЫ ОТОПИТЕЛЬНЫХ КОТЛОВ Економія і заміщення при- родного газу, що використову- ється сьогодні в якості основно- го палива в системі комунально- го теплопостачання України, є злободенною задачею, вирішення якої багато в чому визначається глибиною утилізації теплоти ви- хідних газів опалювальних котлів. В запропонованій статті розгляда- ються умови ефективного вико- ристання для цієї мети теплових насосів. Виконання цих умов до- зволить економічно виправдано скоротити споживання природно- го газу в комунальній сфері до 30 % в умовах постійного підвищення тарифів на паливо. Экономия и замещение природ- ного газа, используемого сегодня в качестве основного топлива в систе- ме коммунального теплоснабжения Украины, является злободневной за- дачей, решение которой во многом определяется глубиной утилизации теплоты уходящих газов отопитель- ных котлов. В предлагаемой статье рассматриваются условия эффек- тивного использования для этой цели тепловых насосов. Выпол- нение этих условий позволит эко- номически оправданно сократить потребление природного газа в ком- мунальной сфере до 30 % в услови- ях постоянного повышения тарифов на топливо. Economy and substitution of na- tural gas used currently as a primary fuel in the district heating systems of Ukraine is the issue of the day, solving of which is principally dependent to the deepness of exhaust gases heat utilization from heating boilers. Presented work considers the conditions of effective use of heat pumps for mentioned purpose. Fulfillment of these conditions will allow environmentally friendly natural gas substitution in municipal sector on the level of up to 30 % in terms of constant growth of fossil fuel prices. Тепловой насос (ТН), как источник тепло- вой энергии, обладает рядом положительных свойств, которые предопределили его чрезвы- чайное широкое применение в мировой теп- лоэнергетике. По некоторым данным, общее количество ТН, эксплуатируемых в мире, уже превышает 150 млн. Из них более 60 % при- меняется для теплоснабжения жилых зданий. Это объясняется тем, что ТН является доста- точно компактным, удобным, автоматизирован- ным, экологически чистым источником тепло- вой энергии, надёжно заменяющим котлы и другие устройства, работающие на ископае- мых видах топлива и нетрадиционных источ- никах энергии. Особенно привлекательны ука- занные свойства тепловых насосов для райо- нов, лишённых централизованного теплоснаб- жения и сетей природного газа. В большой степени привлекательность тепловых насосов объясняется свойственным им высоким коэф- фициентом теплоснабжения, или тепловым ко- эффициентом ТН T TH ,N N ϕ = (1) представляющим отношение произведенной тепловой энергии к электрической энергии, за- траченной на привод ТН. При прямом преоб- разовании электрической энергии в теплоту (в электронагревателях), аналог этого коэффици- ента в лучшем случае составляет единицу. В ТН φ может достигать 4…5 и более, что созда- ёт иллюзию очень эффективного преобразова- ния NTH в NT. Но в действительности тепловой насос является не преобразователем, тем более не трансформатором энергии, а средством её транспорта с низкого потенциального уровня на более высокий. В этом процессе к тепловой энергии NИ невысокого потенциала (темпера- туры), почерпнутой ТН из окружающей среды или любого другого источника, прибавляется энергия, затраченная в тепловом насосе «на пе- рекачку», и на выходе получаем энергию NT бо- лее высокого потенциала, зависящего исключи- тельно от величины затраченной энергии NTH: NT = NK = NИ + NТН (2) где NK – теплота, отведённая от конденсатора ТН. Другими словами, для получения при ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №5 43 КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА помощи ТН тепловой энергии более высокого потенциала (температуры теплоносителя) при NT = const необходимо увеличивать мощность ТН при одновременном снижении мощности теп- лового потока из низкопотенциального источ- ника, то есть повышение качества генерируе- мой ТН тепловой энергии должно сопровож- даться увеличением в ней доли энергии, вноси- мой тепловым насосом. А это означает в соот- ветствии с уравнением (1) снижение теплового коэффициента, то есть снижение энергетичес- кой эффективности рассматриваемого способа генерирования тепловой энергии, в результате чего применение теплового насоса может для некоторых условий оказаться экономически нецелесообразным. Для определения области эффективной ра- боты ТН необходимо связать показатели мощ- ности и качества перекачиваемой тепловой энергии. В идеальном парокомпрессионном цик- ле (в цикле без потерь теплоты и работы) коэф- фициент теплоснабжения (равенство (1)) может быть выражен через температуры холодного (TИ) и горячего (TK) источника φид = ТК/(ТК–ТИ) [1]. Реальный коэффициент преобразования может быть представлен как часть идеального K K ,Tk T T ϕ − = (3) где k – безразмерный коэффициент, зависящий от КПД ТН и температур TK и TИ. На рис. 1 приведены зависимости действи- тельного (реального) теплового коэффициента от температуры испарения TИ и конденсации хладагента ТН – TK, рассчитанные по приб- лижённому уравнению (3). На графике точка- ми представлены показатели одного из реаль- ных ТН [2]. В диапазоне температур от - 20 до + 80 °С с отклонением не более 5 % семейство зависимостей φ = f(TИ,TK) аппроксимируется равенством (3) при коэффициенте: k = 3 – 0,011·TK – 0,005·TИ + 2,8·10-5·TK·TИ. (4) На рис. 2 представлено семейство зависи- мостей K TH TH1 N N N N Nϕ = ϕ = = + ϕ− . Как ви- дим, существует линейная связь между четырь- мя параметрами NTH, NК, NИ и φ. Задание двух любых параметров (например, NК и φ), одноз- начно определяет два других ( NИ и NTH) а, следо- вательно, и эффективность генерирования теп- ловой энергии при помощи ТН. Эффективность работы ТН в качестве гене- ратора теплоты удобно оценивать в сравнении с эффективностью генерирования теплоты при помощи стандартного теплофикационного кот- ла, имеющего КПД ηк. Тепловая мощность та- кого котла выражается соотношением: P H KOT K K , 860 N QB= η (5) где ВК – расход топлива с теплотворной способ- ностью P HQ . Удельный расход топлива на выра- ботку 1 кВт∙ч тепловой энергии в котле K K P KOT H K 860 .Bq N Q = = η (6) Для перекачивания утилизируемой теплоты NИ с уровня ТИ на уровень ТК, то есть для генери- рования NТ = NК требуется мощность теплового насоса T TH NN = ϕ . Стоимость электроэнергии, И И И Рис 1. Зависимость теплового коэффициента от температуры хладагента в испарителе и конденсаторе: 1 – ТИ = 2 53 K (×); 2 – ТИ = 263 K (○); 3 – ТИ = 273 K (+); 4 – ТИ = 283 K (●); 5 – = 293 K. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №544 КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА затраченной на привод ТН, при тарифе τэ [грн./ кВт∙ч] равна: TH TH ,C N= τ [грн./ч] Этой стоимости соответствует эквивалентный расход топлива TH TO ,B N Π τ = τ (7) где τТОП [грн./нм3] тариф на топливо, сжигаемое в котле. Удельный расход топлива, эквивалент- ного теплоте, генерируемой ТН TH TH TO 1 .Bq N Π τ = = ϕ ϕ τ (8) Выигрыш (или проигрыш) в расходе топлива от применения ТН в качестве генератора тепло- ты в сравнении с отдельно работающим котлом может быть оценен при помощи равенства TO TO P P K TH K H K H K K 1 1 1 . 860 860Π Π  − τ η τ η δ = = − = − − τ ϕ τ   q q Q T Q q k T (9) Если электроэнергия, потребляемая ТН, выра- батывается на ТЭС с КПД ηэ с использованием того же топлива, что и котёл, то при её себес- тоимости TO P H 860 Πτ= τ ηQ сравнительная эффектив- ность применения ТН в качестве генератора теплоты может быть оценена равенством K K 1 .  η δ =1− − η   T k T (10) Из уравнения (10) следует, что топливные эф- фективности производства теплоты при помо- щи ТН и котла равны qк = qтн при условии ТИ /ТК = 1 – k·ηэ/ηк, (11) или Δt = ТК·k·ηэ/ηк (12) где Δt = TК – TИ – изменение температуры рабо- чего тела в ТН. При Δt < TК·k·(ηэ/ηк) тепловой насос как генератор теплоты более эффективен, чем котёл с КПД ηк, а при Δt > TК·k·(ηэ/ηк) – проигрывает последнему. Представляет практический интерес оцен- ка топливной эффективности водогрейного (или парового) котла, надстроенного тепловым насосом, утилизирующим сбросную теплоту котла. При сжигании в котле природного газа или влажных твёрдых органических топлив (древесины, торфа и др.) в продуктах сгорания образуется большое количество водяных па- ров, а скрытая теплота парообразования сбра- сывается с уходящими газами в окружающую Рис. 2. Энергетические характеристики теплового насоса. э э И э э э э э И э экв экв ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №5 45 КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА среду. Особенно ощутимы потери котла с ухо- дящими газами при сжигании биотоплив с высокой влажностью, так как львиная доля теплоты сгорания будет уходить на испарение содержавшейся в топливе влаги. При использо- вании для утилизации сбросной теплоты тепло- вого насоса принципиально можно обеспечить сколь угодно низкую температуру уходящих газов, то есть полезно использовать практи- чески всю скрытую теплоту парообразования. Однако максимум топливной эффективности котла с тепловым насосом достигается при определённой оптимальной температуре ухо- дящих газов, т.к. при её снижении наряду с ростом количества утилизируемой теплоты увеличиваются и затраты на привод ТН в свя- зи с ростом Δt = TК – TИ за счёт снижения TИ при TК = const. Схема утилизации сбросной теплоты котла при помощи ТН представлена на рис. 3. Охлаждаясь в котле-утилизаторе от темпе- ратуры K yxT до Tyx, сбросные газы котла отдают часть физической теплоты, соответствующую доле K K yx yx yx 273 − − T T T , и часть теплоты парообразова- ния, соответствующую доле P yx P 273 − − T T T , где ТР – температура точки росы уходящих газов котла. Пренебрегая потерями от охлаждения на- ружных поверхностей котла, физическая сос- тавляющая утилизируемой теплоты определя- ется соотношением: ( )K K P yx yx K H K yx yx 1 . 273 860 − −η = − T T B Q N T (13) Конденсационная составляющая: ( )P P B H KP yxKOH P . 273 860 −− = − Q Q BT T N T (14) Суммарная теплота, отведенная в котлеути- лизаторе от уходящих газов котла, составляет тепловую мощность испарителя ТН: ( )yx KKP P yxK H K H P yx B P P H 1 1 , 860 860 1 1    − −η +    γ  = =     + − −       t tB Q B QN t Q t Q где P B P P B K H K yxP K H yx P 1 1 .   − −η γ = −η − +       Q Q Q t Q t t (16) С учётом уравнения (1) уравнение (2) может быть записано в следующем виде: T . 1 N Nϕ = ϕ− Следовательно, тепловая мощность, отда- ваемая ТН в сеть, равна P K H T . 860 1 B QN ϕ = γ ϕ− (17) а требуемая мощность теплового насоса сос- тавляет ( ) P K H HT 1 860 B QN = γ. ϕ− (18) Суммарная выработанная тепловая энергия комбинированной установки (котёл + ТН) P K H KOT T K . 860 1 B QN N N  ϕ = + = η + γ ϕ−  (19) В общем случае расход топлива на выра- ботку этой тепловой энергии в комбинирован- ной установке составит с учётом уравнений (7) Рис. 3. Схема комбинированной установки на базе отопительного котла и теплового насоса. Д И И (15) TС ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №546 КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА и (18) ( ) P KB H K K TO 1 . 1 860 QB B B B Π  τ γ = + = +  τ ϕ−   (20) Удельный приведенный расход топлива для комбинированной установки ( )P H TO K 860 1 . 1 QBq N Π τ γ + τ ϕ− = = γ η +ϕ ϕ− (21) Из уравнений (6) и (21) следует: P H K TOK K K 860 .1 Q q q q Π τ ϕ−η τ− δ = = ϕ− ϕ+η γ (22) Из уравнения (22), а также из уравнения (9) следует, что граница эффективной работы ком- бинированной установки, как и отдельно рабо- тающего ТН (при qК – qТН = 0 или qК – q = 0), определяется соотношением: P H 0 K TO . 860 Q Π τ ϕ = η τ (23) При φ< φ0 комбинированная установка или от- дельно работающий тепловой насос уступает по своей эффективности котлу. Если в качес- тве базового для сравнения принять современ- ный отопительный котёл с ηК = 0,92, работаю- щий на природном газе с P HQ [ккал/нм³], то при современных тарифах на электроэнергию – τЭ = 0,93 [грн./кВт∙ч] (по 2-му классу с НДС) и на природный газ – τТОП = 1,309 [грн./нм³] (для ЖКХ с НДС) граничный коэффициент эффек- тивного преобразования теплового насоса со- ставит φ0 = 6,15. Это означает, что при φ < 6,15 (что соответствует TК/TИ > 1,1) генерирование теплоты при помощи теплового насоса будет производиться с большими удельными затра- тами топлива (или в общем случае – финансовых ресурсов), чем генерирование того же количества теплоты соответствующих параметров в котле. Важной особенностью рассмотренной ком- бинированной схемы генерирования теплоты при помощи котла и теплового насоса, утили- зирующего исключительно теплоту сбросных газов котла, является экстремальный характер зависимости q от температуры газов после кот- ла-утилизатора. Поскольку в уравнении (21) коэффициенты γ и φ, зависящие от Tyx, влияют противоположным образом на q, то существует определённое значение Tyx, а следовательно и TИ, при которой q имеет минимальное значение, то есть эффективность генерирования теплоты – максимальная. Оптимальное значение O T yxT Π находится путём решения уравнения yx 0q T ∂ = ∂ . К сожалению, получить это равенство в алгеб- раическом виде не удаётся из-за сложных ма- тематических преобразований. Поэтому мини- мум функции q = f(tyx) находим численным спо- собом с учётом уравнений (3), (16), TИ = Tyx – Δ и TК = TС + Δ, где Δ – минимальный перепад температур теплоносителей в испарителе и кон- денсаторе ТН. На рис. 4 представлены резуль- таты расчётов, выполненных для условий: ηк = 0,92; P HQ = 8100 [ккал/нм³]; P P H\BQ Q = 1,148; K yxt = 120 °С; tP = 55 °С; TК = 338 К; τЭ/τТОП = 0,71, 0,51 и 0,321[нм³/кВт∙ч]; Δ = 0 и 5 °С. Э Э Э Рис. 4. Зависимость удельных приведенных затрат топлива на выработку теплоты в комбинированной установке от температуры уходящих газов (tК = 65 °С): 1, 2 – τэ /τТОП = 0,321 нм³/кВт∙ч; 3 – τэ /τТОП = 0,51 нм³/кВт∙ч; 4 – τэ /τТОП = 0,71 нм³/кВт∙ч; пунктирная линия – для Δ = 0 °С; сплошные линии – для Δ = 5 °С. Э ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №5 47 КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА Как видим, приведенные затраты топлива на выработку теплоты в комбинированной уста- новке меньше аналогичных затрат котла лишь при температурах уходящих газов из котла- утилизатора газов выше определённого уров- ня, зависящего от температурного напора Δ и затратного коэффициента τЭ/τТОП. Умень- шение Δ приводит к росту теплового коэффи- циента теплового насоса, как это следует из преобразованного уравнения (3): ( ) ( )yx . 2 C C k T T T + ∆ ϕ = − + ∆ (24) Следовательно при уменьшении Δ снижаются затраты ТН на обеспечение заданной TC и гра- ница эффективной работы установки смещает- ся в сторону меньших значений Tyx. При сни- жении затратного коэффициента τЭ/τТОП, то есть при снижении тарифов на электроэнергию или увеличении на топливо, граница эффектив- ной работы установки и минимум удельных затрат на выработку теплоты смещаются в сто- рону меньших tyx. При τЭ/τТОП = 0,321 [нм³/кВт∙ч] и Δ = 0 °С, O T yxt Π = 32 °С (см. кривую 1 на рис. 4). При этом во всём диапазоне температур кон- денсации (от 0 до tP) эффективность комбини- рованной установки остаётся в этом случае более высокой, чем эффективность котла. На- личие оптимума температуры уходящих газов котла при утилизации их теплоты с конденса- цией влаги было отмечено также в работе [3] на основе эксергетического анализа аналогичной тепловой схемы утилизации с использованием теплового насоса, хотя влияние экономической составляющей на эффективность утилизации теплоты в этой работе и не рассматривалось. Из вышесказанного следует, что по мере роста тарифов на природный газ модернизация отопительных котлов на базе использования тепловых насосов становиться всё более при- влекательной. При этом можно реализовать либо режим максимальной эффективности при O T yxt Π , либо режим максимальной экономии топлива в котельной. Реализация режима максимальной эффективности установки требует выполнения условия O T yxt Π > 0, то есть неполной утилизации теплоты уходящих газов котла. Полная утилиза- ция, то есть максимальное замещение топлива котла при сохранении номинальной тепловой мощности установки, достигается при tyx = 0 °С, но с некоторой потерей эффективности. Расход топлива на модернизированный котёл, работа- ющий с ТН и обеспечивающий номинальную тепловую Nкот комбинированной установки, мо- жет быть определён по уравнению K K K K , 1 B B η′ = ϕ η + γ ϕ− (25) полученному при условии N = Nкот из уравне- ний (5) и (19), записанному для В'к. Относительная экономия топлива опреде- ляется равенством ( ) K K K K 1 , 1 1 B B B ′− σ = = ϕ− η + ϕ γ (26) которое может быть получено также из уравне- ния (22) при условии τЭ/τТОП = 0, то есть при ус- ловии использования в ТН «бесплатной» элек- трической энергии. Требуемая относительная мощность теплового насоса составляет: TH TH KOT K 1 .NN N ′ ′ = = ϕ−1 ϕ+ η γ (27) При максимальной утилизации сбросной теп- лоты котла (tyx = 0) P B KP H ,Q Q γ = −η а снижение расхода топлива на котёл, работа- ющий в составе комбинированной установки, по сравнению с автономным котлом зависит полностью от температуры теплоносителя tc и температурных напоров Δ в теплообменниках (см. уравнения 26 и 24). Зависимости ( )Cf tσ = и ( )TH CN f t′ = представлены на рис. 5. Как следует из рисунка, величина замещён- ного топлива увеличивается с ростом темпера- туры теплоносителя сети tc и температурных напоров в испарителе и конденсаторе ТН, что ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №548 КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА обуславливает рост доли энергии ТН в теплоте, отдаваемой установкой в теплосеть. Естествен- но, при этом снижается эффективность генери- рования теплоты (см. рис. 4). Указанные выше показатели эффективности комбинированной установки рассчитаны при та- рифе на природный газ τтоп = 2740 [грн./1000 м³] и на электроэнергию τэ = 0,88 [грн./кВт∙ч]. По мере увеличения τтоп удельный расход топли- ва на выработку теплоты в комбинированной установке будет снижаться практически про- порционально уменьшению τэ/τтоп при сохране- нии на том же уровне количества утилизиро- ванной теплоты и мощности теплового насоса. При расчётах не учитывались потери теплоты от наружных поверхностей котла и газоходов, а также возможные отличия реальных показа- телей ТН от вычисленных по приближённому равенству (3). Поэтому реальные показатели снижения расхода топлива в комбинированной установке по сравнению с автономным котлом будут несколько ниже приведенных выше зна- чений. Тем не менее, рассмотренный путь мо- дернизации отопительных котельных за счёт надстройки котлов тепловыми насосами явля- ется весьма эффективным и перспективным. В заключение следует отметить, что устра- нение конденсации влаги на внутренних по- верхностях газоотводящего тракта за счёт пол- ного осушения уходящих газов путём снижения их температуры до 0 °С повлечёт за собой кон- денсацию влаги, содержащейся в атмосферном воздухе, на наружных поверхностях газоотво- дящих трубопроводов и дымовой трубы. Наи- более просто эта проблема решается в том слу- чае, если рассматриваемая комбинированная установка используется в схеме горячего во- доснабжения и кондиционирования (холодос- набжения). Если потребителей холода нет, то режим работы теплового насоса выбирается таким, чтобы температура уходящих газов была близкой к температуре окружающего воздуха, либо для предотвращения конденсации следует применить существующие тепловые методы за- щиты [4]. ЛИТЕРАТУРА 1. А.Н. Андрющенко. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. Выс- шая школа. 1968. – 288 С. 2. Руководство по применению тепловых насосов с использованием вторичных энерге- тических ресурсов и нетрадиционных возоб- новляемых источников энергии. Москомархи- тектуры, 2001 г. 3. Жовмір М.М. Утилізація низькотемпера- турної теплоти продуктів згорання палив за до- помогою теплових насосів // Пром. теплотехни- ка. – 2008. – Т. 30, № 2. – С. 90-98. 4. Шевчук С.І. Підвищення ефективності за- стосування теплових методів захисту газовід- відних трактів котельних установок з конден- саційними теплоутилізаторами. Автореферат дис. на здобуття наукового ступеня к.т.н., К.: 2011 р. Получено 16.06.2011 г. Рис. 5. Зависимость экономии топлива (сплошная линия) и относительной мощности ТН (пунктирная линия) от температуры сетевого теплоносителя при различных температурных напорах в теплообменниках ТН.

Схожі ресурси