Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки
В статье рассмотрены энергетический, экономический, экологический и социальный факторы оценки различных систем теплоснабжения. Показано, что использование концепции эксергии способно объединить эти критерии в комплексные. У статті розглянуто енергетичний, економічний, екологічний та соціальний факто...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61305 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки / А.А. Долинский, Б.Х. Драганов, Т.В. Морозюк // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 67-71. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860241635573497856 |
|---|---|
| author | Долинский, А.А. Драганов, Б.Х. Морозюк, Т.В. |
| author_facet | Долинский, А.А. Драганов, Б.Х. Морозюк, Т.В. |
| citation_txt | Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки / А.А. Долинский, Б.Х. Драганов, Т.В. Морозюк // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 67-71. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | В статье рассмотрены энергетический, экономический, экологический и социальный факторы оценки различных систем теплоснабжения. Показано, что использование концепции эксергии способно объединить эти критерии в комплексные.
У статті розглянуто енергетичний, економічний, екологічний та соціальний фактори оцінки різних систем теплопостачання. Виявлено, що використання концепції ексергії здатне об’єднати ці критерії у комплексні.
In the paper the energetic, economic, ecology and social factors for estimating the effectiveness of the different kinds of the heat supplying systems are given. It is shown, that using the concept of exergy is capable to unit these criteria in some complex.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:30:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
Успешное применение теплонасосных систем
насчитывает более чем 50;летнюю историю, од;
нако эти системы все еще значатся в разделе аль;
тернативных систем теплоснабжения. Альтерна;
тивные системы теплоснабжения развиваются в
состоянии постоянной конкуренции с традици;
онными системами. Психология потребителя та;
кова, что альтернативная система должна обла;
дать неоспоримыми преимуществами перед
традиционной для того, чтобы потребитель отдал
ей предпочтение. Подобная ситуация имеет мес;
то как в нашей стране, так и за рубежом.
Научно;исследовательским организациям, за;
водам;изготовителям и торговым организациям,
занимающихся, соответственно, исследованием,
совершенствованием, производством и прода;
жей теплонасосных систем теплоснабжения, не;
обходимо располагать системой оценочных фак;
торов, на основании которой можно выявить
преимущества и недостатки каждой из систем
теплоснабжения в сравнении с теплонасосными
[1]. Понятно, что выбор системы оценочных
факторов оказывает существенное влияние на
результат. Детальному рассмотрению этого во;
проса и посвящена настоящая статья.
Напомним, что не существует единого крите;
рия (оценочного фактора), на основании которо;
го можно было бы однозначно определить целе;
сообразность применения тепловых насосов. Че;
тыре фактора одновременно влияют на принятие
решения: энергетический, экономический, эко;
логический и социальный. Рассмотрим каждый
из них.
Социальный фактор обычно используют для
анализа существующих бытовых технических си;
стем при их модернизации или появлении аль;
тернативы. Социальный фактор не формализи;
рован и оценивает любой из эффектов
технической системы по принципу “да/нет”. На;
пример, при сравнении печного и теплонасосно;
го теплоснабжения на вопрос “контакт человека
с системой”, для печного отопления следует от;
вет “да”, для теплового насоса – “нет”, однако на
вопрос “наличие автоматического управления”
ответы меняются местами. Таким образом, для
оценки системы по социальному фактору разра;
батывают комплекс вопросов и ответов, на осно;
вании которых выносится решение о том, соци;
альный фактор какой из рассматриваемых
систем выше. Очевидно, что этот фактор не мо;
жет быть использован в численном анализе и оп;
тимизации, однако он иллюстративен для рекла;
мы новых видов бытовой техники. В последние
годы традиционные системы отопления подверг;
лись модернизации, они оснащены системами
автоматического контроля, защиты и управле;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6 67
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
У статті розглянуто енергетичний,
економічний, екологічний та соціальний
фактори оцінки різних систем теплопос)
тачання. Виявлено, що використання
концепції ексергії здатне об’єднати ці
критерії у комплексні.
В статье рассмотрены энергетичес)
кий, экономический, экологический и
социальный факторы оценки различных
систем теплоснабжения. Показано, что
использование концепции эксергии
способно объединить эти критерии в
комплексные.
In the paper the energetic, economic,
ecology and social factors for estimating
the effectiveness of the different kinds of
the heat supplying systems are given. It is
shown, that using the concept of exergy is
capable to unit these criteria in some com)
plex.
УДК 697.1
ДОЛИНСКИЙ А.А.1,
ДРАГАНОВ Б.Х.2, МОРОЗЮК Т.В.3
1Институт технической теплофизики НАН Украины
2Национальный аграрный университет Украины
3Морская Академия Щецина, Польша
АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ НА БАЗЕ
ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ: КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ
ния, что способствует повышению их социально;
го фактора. Для систем с использованием жидко;
го и твердого топлива существует необходимость
хранить топливо в непосредственной близости от
потребителя, обеспечивая соответствующие ме;
ры пожаробезопасности, что, естественно, сни;
жает социальный фактор этих систем. Неоспори;
мым преимуществом обладают теплонасосные
системы, работающие в режиме “зима;лето”
(теплоснабжение в отопительный период и кон;
диционирование воздуха в жаркое время года),
которые, однако, находят применение только в
южных районах Украины.
Экологический фактор основывается на ана;
лизе прямых выбросов в атмосферу тепла и вред;
ных веществ: CO2, N2O, NOx, CO, ROG (Reactive
Organic Gases – продукты органических реак;
ций), CH4 и других углеводородов.
Существуют различные методики расчета этих
величин, например [2].
Для использования экологического фактора
при сравнении традиционных систем теплоснаб;
жения с теплонасосными следует указать, какие
выбросы для обоих типов систем теплоснабжения
являются “прямыми”, а какие – “косвенными”.
Из всех известных экологических факторов
единственным формализованным является
TEWI (Total Equivalent Warming Impact – полный
эквивалент глобального потепления). Отметим,
что TEWI фактор был предложен для экологиче;
ской оценки холодильного и теплонасного обо;
рудования (рис.1), поэтому фокусируется на ана;
лизе вредного влияния рабочих веществ при
попадании их в атмосферу. Подробная методика
определения каждого слагаемого широко описа;
на в литературных источниках, например в [1].
На основании TEWI фактора можно сделать
вывод, что теплонасосная система (при работе в
безаварийном режиме) не имеет прямых выбро;
сов в атмосферу, следовательно, является эколо;
гически чистой для потребителя. Любая из тра;
диционных систем теплоснабжения (за
исключением систем, использующих электро;
энергию в виде первичного топлива) имеет пря;
мые выбросы в атмосферу продуктов сгорания
топлива, которые с точки зрения TEWI фактора
должны рассматриваться как косвенные.
Многие переменные, участвующие в опреде;
лении TEWI фактора, представляют лишь дан;
ные среднестатистической информации. Основ;
ной элемент неопределенности в расчете
значения TEWI – это величина выбросов в атмо;
сферу СО2 (кг) при производстве 1 кВт электро;
энергии. При существующей системе электро;
снабжения невозможно определить от какой
именно электростанции осуществляется элект;
68 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис.1. Структура TEWI фактора экологического анализа.
роснабжение анализируемого теплового насоса.
Для сравнительного анализа экологической чис;
тоты применения традиционных и альтернатив;
ных систем теплоснабжения (в масштабах райо;
на города, целого города или региона страны)
значение TEWI все больше зависит от надежнос;
ти источника получения средневзвешенных ве;
личин, чем основывается на реальных данных.
Таким образом, использование единого экологи;
ческого фактора (например, TEWI) не объектив;
но, а рассмотрение его в качестве комплексного
эколого;энергетического фактора и тем более
использование как функции оптимизации совер;
шенно недопустимо.
В работе [3] авторы рассмотрели экологичес;
кую оценку влияния любой технической систе;
мы через использование концепции эксергии.
Такой подход представляется перспективным,
так как величина полной эксергии системы пред;
ставляет сумму составляющих [4], в число кото;
рых входят химическая и термическая, способ;
ные, соответственно, описать изменение
химического состава окружающей среды в непо;
средственной близости от исследуемой техничес;
кой системы и изменение температуры вследст;
вие тепловых выбросов.
Экономический фактор должен оказывать
первостепенное влияние на решение вопроса о
выборе системы теплоснабжения, так как цена
единицы произведенной теплоты отражает все
виды затрат [1, 3].
Проблема заключается в том, что при покупке
оборудования точная цена за единицу произве;
денной теплоты неизвестна, так как неизвестны
конкретные будущие условия эксплуатации тра;
диционной или альтернативных систем. Экономи;
ческий анализ чаще всего заключается в определе;
нии капитальных затрат системы теплоснабжения
и далее используются переменные технико;эко;
номического анализа для сравнительного анали;
за. Такие критерии как “срок окупаемости”,
“амортизационные отчисления” и т.д. являются
корректными только для промышленных тепло;
вых насосов и абсолютно неприемлемы для
оценки эффективности бытовой техники. Таким
образом, сформулировать экономический фак;
тор, который был бы корректным для любой теп;
лонасосной системы вне зависимости от области
применения, также невозможно при существую;
щей методике технико;экономического анализа.
Энергетический фактор многие годы был
единственным реально формализованным и ши;
роко используемым оценочным фактором. Для
традиционных систем теплоснабжения это КПД
(η), для тепловых насосов – коэффициент преоб;
разования теплового насоса СОРТН. Если учесть,
что величина КПД в самом общем случае изме;
няется в пределах 0<η<1, а величина СОРТН в
пределах 1<СОРТН<∞, то излишне пояснять не;
корректность использования этих величин при
сравнительном анализе различных систем тепло;
снабжения.
Использование эксергетического КПД спо;
собно объективно оценить эффективность любой
из систем теплоснабжения , где EP,tot –
эксергия продукта системы (произведенного
тепла), EF,tot – эксергия топлива системы (затра;
ченного первичного топлива) [1,5].
С появлением термоэкономики (эксергоэко;
номики) как инструмента для анализа и оптими;
зации принятие решения о рациональности ис;
пользования тепловых насосов значительно
облегчилось, так как слияние энергетического и
экономического факторов понизило размер;
ность решаемой задачи и позволило сформули;
ровать однозначный ответ [1,5]. Стоимость еди;
ницы эксергии произведенной теплоты (обычно
применяют среднегодовую стоимость) является
функцией капитальных и эксплуатационных за;
трат (Ztot) любой из систем теплоснабжения, а
также температурных режимов их работы и сте;
пени совершенства происходящих процессов.
Таким образом, результаты эксергоэкономичес;
кого анализа способны дать объективную и все;
стороннюю оценку эффективности теплоснаб;
жения на базе тепловых насосов и установить
границы, в которых тепловой насос имеет при;
оритет по сравнению с другими системами теп;
лоснабжения.
Эксергоэкономическая оценка любой техниче;
ской системы основывается на уравнении эксер;
гоэкономического баланса [5] ,
где левая часть равенства представляет входящую
стоимость, а правая часть – выходящую стои;
, ,W tot tot Q tot
C Z C+ =
,
,
P tot
F tot
E
E
ε =
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6 69
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
мость. Стоимость любого потока (СQ,tot – теплоты
или CW,tot – работы) определяется произведением
цены эксергии этого потока (удельной стоимости
эксергии) и величины эксергии потока.
Поскольку целью настоящей работы является
сравнительный анализ систем теплоснабжения, а
не оптимизация какой;либо отдельной системы
теплоснабжения, то эксергоэкономический ана;
лиз будет проведен для систем в целом без поэле;
ментного их рассмотрения.
В качестве объекта локального теплоснабжения
рассмотрим комплекс жилых домов, для которого
суммарная потребность в теплоте составляет 3 МВт.
На рис. 2 приведены три традиционные системы
теплоснабжения на основе бойлеров, в которых
топливом выступают: электроэнергия, жидкое топ;
ливо (нефть) и газ, а также теплонасосная система.
Данные для термодинамических моделей сис;
тем теплоснабжения:
температура теплоносителя для потреби;
теля ТГОР = 120 оС;
температура теплоносителя, выходящего
из солнечного коллектора ТХОЛ = 80 oС (солнеч;
ная энергия рассматривается как низкопотенци;
альный источник энергии для испарителя тепло;
вого насоса);
КПД бойлера на жидком топливе η = 0,75;
на газе η = 0,70;
адиабатный КПД компрессора теплового
насоса η = 0,85, температурный напор в конден;
саторе и испарителе ΔТ = 10 К, рабочее вещество –
R718.
В основе создания экономических моделей си;
стем теплоснабжения лежат величины капиталь;
ных затрат на оборудование (подробно изложено
в [1]) средние цены на топливо: жидкое топливо –
2,2 · 10–6 у.е. / кДж; газ – 3,0 · 10–6 у.е. / кДж; эле;
ктроэнергию – 3,48 · 10–2 у.е. / кВт·ч.
Результаты эксергоэкономических расчетов
представлены в графе “базовый вариант” таблицы.
Повторим сравнительный анализ при варьи;
ровании КПД бойлеров: η = 65% для старого типа
оборудования и η =90% для нового типа оборудо;
вания. Результаты анализа также представлены в
таблице.
В заключение проведем сравнительный ана;
лиз по “базовому варианту” в предположении,
что произойдет повышение цен на жидкое топ;
ливо в 2,3 раза, на газ – в 1,3 раза и на электро;
энергию – в 1,5 раза.
Проанализируем полученные результаты. Для
“базового варианта” эффективность теплонасос;
ной системы незначительно превышает эффек;
тивность системы 2, использующей жидкое топ;
ливо. Существенным недостатком системы 2
является отсутствие системы магистральной до;
ставки топлива к потребителю, следовательно,
возникает проблема хранения жидкого топлива с
проведением обязательных мероприятий по тех;
нике безопасности. Понятно, что эти затраты
должны быть включены как дополнительные ка;
питальные затраты и затраты на обслуживание.
Естественно, что суммарные затраты “система 2 +
система хранение жидкого топлива” значительно
повысятся, следовательно, теплонасосная систе;
ма однозначно окажется эффективнее.
Анализ влияния изменения КПД бойлеров на
результаты выбора системы теплоснабжения по;
казывает, что при использовании бойлеров ста;
рых конструкций (η = 65%) теплонасосная систе;
ма однозначно оказывается более эффективной.
При использовании бойлеров новых конструк;
ций система 2 становится более эффективной,
чем тепловой насос, однако, следует помнить о
дополнительной стоимости мероприятий по со;
хранению жидкого топлива. Расхождение в ре;
зультатах анализа для системы 3 и теплонасосной
системы в –2,6% не существенно, поэтому систе;
70 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис. 2. Традиционные и теплонасосная системы
теплоснабжения.
ма 3 также представляет серьезную альтернативу
тепловому насосу.
Сравнительный анализ, предусматривающий
изменение цен на топливо (таблица), демонстри;
рует преимущества теплонасосной системы теп;
лоснабжения.
На основании проведенных исследований ав;
торы отмечают, что использование концепции
эксергии в трех оценочных факторах из четырех,
а также возможность проведения комплексных
анализов на основе эксергии (энергетика + эко;
номика = эксергоэкономика и энергетика + эко;
логия = эксергоэкология) дает однозначную
оценку эффективности систем теплоснабжения.
Вывод
Оценочные факторы, основанные на концеп;
ции эксергии, являются объективными и уни;
версальными как при проведении анализа и оп;
тимизации однотипных систем теплоснабжения,
так и при сравнительном анализе традиционных
и теплонасосных систем теплоснабжения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Морозюк Т.В. Теория холодильных машин
и тепловых насосов. – Одесса: Студия “Негоци;
ант”, 2006. – 712 с.
2. RETScreen Renewable Energy Project
Analysis Software. RETScreen Customer Support,
CanMet Energy Diversification Research Laboratory,
Natural Resources Canada, 2005.
3. Долинский А.А., Драганов Б.Х., Морозюк Т.В.
К вопросу оптимизации тепловых насосов //
Електрифікація та автоматизація сільського гос;
подарства. – 2004. – № 4 (9). – С. 86;94.
4. Морозюк Т.В., Тсатсаронис Дж. Углублен;
ный эксергетический анализ – современная по;
требность оптимизации энергопреобразующих
систем // Промышленная теплотехника. – 2005. –
Т. 27, № 2. – С. 88;92.
5. Тсатсаронис Дж. Взаимодействие термоди;
намики и экономики для минимизации стоимос;
ти энергопреобразующей системы / Под ред. Т.В.
Морозюк. – Одесса: Студия “Негоциант”. – 2002.
Получено 20.09.2001 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6 71
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Т
а
б
л
и
ц
а
.
Э
к
с
е
р
го
э
к
о
н
о
м
и
ч
е
с
к
и
й
а
н
а
л
и
з
т
р
а
д
и
ц
и
о
н
н
ы
х
и
т
е
п
л
о
н
а
с
о
с
н
о
й
с
и
с
т
е
м
т
е
п
л
о
с
н
а
б
ж
е
н
и
я
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61305 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:30:32Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Долинский, А.А. Драганов, Б.Х. Морозюк, Т.В. 2014-04-30T07:06:49Z 2014-04-30T07:06:49Z 2007 Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки / А.А. Долинский, Б.Х. Драганов, Т.В. Морозюк // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 67-71. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61305 697.1 В статье рассмотрены энергетический, экономический, экологический и социальный факторы оценки различных систем теплоснабжения. Показано, что использование концепции эксергии способно объединить эти критерии в комплексные. У статті розглянуто енергетичний, економічний, екологічний та соціальний фактори оцінки різних систем теплопостачання. Виявлено, що використання концепції ексергії здатне об’єднати ці критерії у комплексні. In the paper the energetic, economic, ecology and social factors for estimating the effectiveness of the different kinds of the heat supplying systems are given. It is shown, that using the concept of exergy is capable to unit these criteria in some complex. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Энергосбережение Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки Alternative heat supplying based on heat pumps: criteria of effectiveness Article published earlier |
| spellingShingle | Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки Долинский, А.А. Драганов, Б.Х. Морозюк, Т.В. Энергосбережение |
| title | Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки |
| title_alt | Alternative heat supplying based on heat pumps: criteria of effectiveness |
| title_full | Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки |
| title_fullStr | Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки |
| title_full_unstemmed | Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки |
| title_short | Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки |
| title_sort | альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки |
| topic | Энергосбережение |
| topic_facet | Энергосбережение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61305 |
| work_keys_str_mv | AT dolinskiiaa alʹternativnoeteplosnabženienabazeteplovyhnasosovkriteriiocenki AT draganovbh alʹternativnoeteplosnabženienabazeteplovyhnasosovkriteriiocenki AT morozûktv alʹternativnoeteplosnabženienabazeteplovyhnasosovkriteriiocenki AT dolinskiiaa alternativeheatsupplyingbasedonheatpumpscriteriaofeffectiveness AT draganovbh alternativeheatsupplyingbasedonheatpumpscriteriaofeffectiveness AT morozûktv alternativeheatsupplyingbasedonheatpumpscriteriaofeffectiveness |