Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта

Современный подход к определению цены целевого продукта энергопреобразующей системы основан на использовании аппарата термоэкономики, которая рассматривает потоки эксергии в качестве носителей стоимости, а цену конечного продукта связывает с каждым этапом преобразования эксергии. На основе использо...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Тарасова, В.А., Харлампиди, Д.Х.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України 2014
Назва видання:	Проблемы машиностроения
Теми:	Теплопередача в машиностроительных конструкциях
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81022
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:	Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта / В.А. Тарасова, Д.Х. Харлампиди // Проблемы машиностроения. — 2014. — Т. 17, № 4. — С. 10-16. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81022
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-810222025-02-23T17:02:10Z Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта Thermoeconomic model of heat pump unit on the basis of negentropy approach to formation cost of the expected product Тарасова, В.А. Харлампиди, Д.Х. Теплопередача в машиностроительных конструкциях Современный подход к определению цены целевого продукта энергопреобразующей системы основан на использовании аппарата термоэкономики, которая рассматривает потоки эксергии в качестве носителей стоимости, а цену конечного продукта связывает с каждым этапом преобразования эксергии. На основе использования понятия негэнтропии предложена термоэкономическая модель теплонасосной установки, позволяющая определить стоимость деструкции эксергии в элементах из уравнений стоимостных балансов, а не путем назначения ее по стоимости «топлива» элемента. Сучасний підхід до визначення ціни цільового продукту енергоперетворюючої системи ґрунтується на використанні апарату термоекономіки, що розглядає потоки ексергії як носії вартості, а ціну кінцевого продукту пов'язує з кожним етапом перетворення ексергії. На основі використання поняття про негентропію потоку запропоновано нову термоекономічну модель теплонасосної установки, що дозволяє проводити її термоекономічний функціональний аналіз з визначенням вартості деструкції ексергії в кожному елементі. A modern approach to determining the price of the desired product energy conversion system based on the use of the apparatus of thermoeconomic which considers exergy flows as carriers of value and price of the final product connects with each stage of the transformation of exergy. On the basis of the use of the concept of negentropy has been proposed a new thermo-economic model of heat pump installation, allowing to carry out its thermoeconomic functional analysis to determine the cost of exergy destruction in each element. 2014 Article Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта / В.А. Тарасова, Д.Х. Харлампиди // Проблемы машиностроения. — 2014. — Т. 17, № 4. — С. 10-16. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81022 621.577 ru Проблемы машиностроения application/pdf Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теплопередача в машиностроительных конструкциях Теплопередача в машиностроительных конструкциях
spellingShingle	Теплопередача в машиностроительных конструкциях Теплопередача в машиностроительных конструкциях Тарасова, В.А. Харлампиди, Д.Х. Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта Проблемы машиностроения
description	Современный подход к определению цены целевого продукта энергопреобразующей системы основан на использовании аппарата термоэкономики, которая рассматривает потоки эксергии в качестве носителей стоимости, а цену конечного продукта связывает с каждым этапом преобразования эксергии. На основе использования понятия негэнтропии предложена термоэкономическая модель теплонасосной установки, позволяющая определить стоимость деструкции эксергии в элементах из уравнений стоимостных балансов, а не путем назначения ее по стоимости «топлива» элемента.
format	Article
author	Тарасова, В.А. Харлампиди, Д.Х.
author_facet	Тарасова, В.А. Харлампиди, Д.Х.
author_sort	Тарасова, В.А.
title	Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта
title_short	Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта
title_full	Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта
title_fullStr	Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта
title_full_unstemmed	Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта
title_sort	термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта
publisher	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Теплопередача в машиностроительных конструкциях
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81022
citation_txt	Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта / В.А. Тарасова, Д.Х. Харлампиди // Проблемы машиностроения. — 2014. — Т. 17, № 4. — С. 10-16. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series	Проблемы машиностроения
work_keys_str_mv	AT tarasovava termoékonomičeskaâmodelʹteplonasosnojustanovkinaosnovenegéntropijnogopodhodakformirovaniûstoimosticelevogoprodukta AT harlampididh termoékonomičeskaâmodelʹteplonasosnojustanovkinaosnovenegéntropijnogopodhodakformirovaniûstoimosticelevogoprodukta AT tarasovava thermoeconomicmodelofheatpumpunitonthebasisofnegentropyapproachtoformationcostoftheexpectedproduct AT harlampididh thermoeconomicmodelofheatpumpunitonthebasisofnegentropyapproachtoformationcostoftheexpectedproduct
first_indexed	2025-11-24T03:46:35Z
last_indexed	2025-11-24T03:46:35Z
_version_	1849641922149220352
fulltext	ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 4 10 В. А. Тарасова, канд. техн. наук Д. Х. Харлампиди, д-р техн. наук Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины, Харьков, e-mail: kharlampidi@ipmach.kharkov.ua, tarasova@ipmach.kharkov.ua Ключові слова: негентропія, термо- економічна модель, теплонасосна установка. УДК 621.577 ТЕРМОЭКОНОМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ НА ОС- НОВЕ НЕГЭНТРОПИЙНОГО ПОДХОДА К ФОРМИРОВАНИЮ СТОИМОСТИ ЦЕ- ЛЕВОГО ПРОДУКТА Сучасний підхід до визначення ціни цільового продукту енергоперет- ворюючої системи ґрунтується на використанні апарату термо- економіки, що розглядає потоки ексергії як носії вартості, а ціну кінцевого продукту пов'язує з кожним етапом перетворення ексергії. На основі використання поняття про негентропію потоку запропо- новано нову термоекономічну модель теплонасосної установки, що дозволяє проводити її термоекономічний функціональний аналіз з визначенням вартості деструкції ексергії в кожному елементі. 1. Введение Отечественными и зарубежными учеными с конца 70 гг. прошлого века развивается и попу- ляризируется метод термоэкономического анализа, который позволяет глубоко раскрыть причины неэффективной работы систем термотрансформации, оценить затраты, связанные с потреблением ресурсов и термодинамической необратимостью, выявить пути более эффективного использования первичной энергии [1, 2]. Для этого используется совместный анализ термодинамических превраще- ний и экономических показателей. Основой для назначения затрат в термоэкономике служит эксер- гия. Денежные затраты, в частности, являются выражением неэффективности процессов, а информа- ция о формировании затрат может быть использована для оптимизации установки. Термоэкономика предоставляет инженеру инструментарий, используя который можно опре- делить для любого материального и энергетического потока системы размер общих затрат на получе- ние данного термодинамического состояния и в итоге выйти на стоимость целевого продукта термо- трансформатора. В отличие от холодильной машины (ХМ), которой, как известно, нет альтернативы в производстве холода, выработка тепла теплонасосной установкой (ТНУ) всегда будет являться аль- тернативой по сравнению с традиционным способом, основанном на сжигании органического топли- ва. В связи с этим при выборе нетрадиционного способа отопления задача определения стоимости тепла с учетом термодинамической эффективности ТНУ приобретает особую значимость, поскольку от стоимости тепла, выработанного установкой, напрямую зависят масштабы внедрения ТНУ в Ук- раине. 2. Основные подходы к решению задачи о формировании стоимости тепла и холода В термоэкономике для графического отображения распределения эксергетических потоков в установке при производстве целевого продукта используется функциональная схема. Ее основное преимущество заключается в том, что она четко показывает взаимосвязи между потоками эксергии в установке и дает возможность проследить, как «продукт» одной подсистемы распределяется для ис- пользования в качестве входных данных для другой или же в качестве конечного «продукта» уста- новки [3]. На функциональной схеме показывается как фактическое оборудование системы, в кото- ром происходит обмен веществом, так и фиктивные элементы, через которые проходят искусствен- ные (фиктивные) потоки. Функциональная схема дает в некотором смысле интуитивное представле- ние о связях между элементами системы, в связи с чем субъективная оценка целевого продукта эле- мента неизбежна. От того, как производится декомпозиция эксергетических потоков на функцио- нальной схеме, зависят результаты термоэкономического анализа. Чем глубже концептуальное раз- укрупнение системы на компоненты и потоки, тем точнее описывается процесс формирования эксер- гетической стоимости ее целевого продукта. © В. А. Тарасова, Д. Х. Харлампиди, 2014 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 4 11 Например, в работе [4] на функциональной схеме термотрансформатора физическая эксергия разделяется на энтальпийную и энтропийную части. При этом любое увеличение энтропии в процес- се относят к «топливу» элемента, а уменьшение, соответственно, – к «продукту». В других работах [5 – 7] фиктивные потоки позволяют рассматривать энергетические взаимодействия между элемен- тами только в термомеханических пределах (изменение термической и механической составляющих эксергии). Общим, на наш взгляд, недостатком рассмотренных термоэкономических моделей являет- ся то, что стоимость деструкции не участвует в стоимостном балансе, а назначается директивно по стоимости «топлива» элемента. Нам представляется, что для описания процесса формирования стои- мости целевого продукта ХМ или ТНУ стоимости деструкции эксергии должна определяться из ре- шения уравнений стоимостных балансов, так же, как и стоимость эксергетических потоков. Недостаток всех субъективных подходов к распределению затрат заключается в самой воз- можности двусмысленной оценки целевого продукта элемента и, в первую очередь, продукта дисси- пативного, каким является конденсатор. Конденсатор нельзя рассматривать в отрыве от остальной части установки, поскольку в противном случае его целевой продукт не может быть идентифициро- ван, а соответственно, невозможно корректно определить его КПД. Для диссипативного элемента вообще неочевиден его эксергетический продукт, т. к. он отводит в окружающую среду остаточные потоки с фактически нулевым содержанием эксергии без получения какого-либо термодинамически полезного продукта. Под остаточным потоком в термоэкономике понимается неиспользуемый сток эксергии, который для завершения термодинамического цикла рассеивается в окружающую среду [6, 7]. Затраты на осуществление этого стока приравниваются к дополнительным затратам диссипатив- ного элемента. Поясним назначение конденсатора ХМ с позиций термоэкономического функцио- нального анализа. В парокомпрессионных холодильных циклах функциональное назначение конден- сатора заключается в «закрытии» цикла, т. е. обеспечении наименьшего значения энтропии рабочего тела в цикле путем отвода тепла в окружающую среду. Конденсатор также выполняет функцию «очищения системы», заключающуюся в отводе в окружающую среду теплоты трения, генерируемой при температуре ниже температуры окружающей среды. Процесс передачи теплоты от хладагента к окружающей среде (наружный воздух) сопряжен с энергетическими и неэнергетическими затратами. Поскольку нагретый в конденсаторе ХМ воздух не является полезным продуктом, то затраты на его нагрев должны быть распределены между остальными элементами системы пропорционально изме- нению эксергии потока хладагента в конденсаторе. В этой связи важным является вопрос: что служит критерием для распределения затрат, связанных с остаточным потоком для циклов термотрансформа- торов? Обзор методов термоэкономики, применяемых для решения задачи формирования эксергети- ческой стоимости тепла и холода, показал, что в настоящее время существует дискуссия относитель- но того, насколько эксергия, как главный критерий качества энергии, является необходимой и доста- точной основой для распределения затрат, или же наряду с эксергией в термоэкономической модели возможно использование других критериев. Введение в термоэкономику в 1987 г. Х. Франгопулосом понятия о негэнтропии потока по- служило основой для создания в дальнейшем метода термоэкономического функционального анализа энергопреобразующих систем (ТФА), в котором наряду с эксергией в качестве критерия распределе- ния затрат, связанных с остаточным потоком, выступает негэнтропия [8]. Математически негэнтро- пия может быть записана в виде изменения энтропии в процессе со знаком «–», умноженным на тем- пературу окружающей среды Tос и массовый расход хладагента mхл.. Обоснованием для использова- ния негэнтропии Sнег = –mхлTосΔsi в качестве критерия для распределения остатков может быть сле- дующее. По определению, уменьшить энтропию рабочего тела значит произвести негэнтропию, ко- торая может рассматриваться как «топливо» для тех элементов, в которых термодинамический про- цесс сопровождается увеличением энтропии. В настоящей работе представилось целесообразным разработать новую термоэкономическую модель ТНУ, основанную на использовании понятия о негэнтропии потока. В предлагаемой модели в дальнейшем будем называть ее E–S, при составлении функциональной схемы наравне с эксергией (превратимая часть энергии) рассматривается и негэнтропия в виде потоков, участвующих в процессе формирования стоимости целевого продукта системы. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 4 12 3. Процедура составления функциональной схемы и математическое описание термоэкономической модели ТНУ При формировании стоимости целевого продукта термотрансформатора непревратимая часть энергии нами рассматривается в качестве присоединяемого к потоку эксергии фиктивного потока, входящего в элемент как «топливо» или исходящего из него как «продукт» в зависимости от функ- ционального назначения элемента в системе. Как известно, превратимая часть энергии совершает в цикле полезную работу, а непревратимая (потери, характеризуемые повышением энтропии) «влива- ется» в качестве балласта в продукт системы и отводится из цикла через диссипативный элемент (конденсатор) к потребителю в случае ТНУ или же в окружающую среду в случае ХМ. Уравнение эксергетического баланса для каждого элемента установки записывается как LkDkkk EEEE +=−∑∑ выхвх , (1) где ∑ ∑ выхвх , kk EE – эксергетические потоки на входе в элемент и на выходе из него; ЕDk – деструкция эксергии; ЕLk – потери эксергии в окружающую среду. В терминах ТФА уравнение (1) следует записывать в виде Fk – Pk = Lk, (2) где Fk – «топливо» элемента; Pk – «продукт» элемента; Lk – поток энергии, уходящий из системы в окружающую среду. Для диссипативных элементов, таких, как конденсатор ХМ, Lk ≠ 0. Однако этот поток уходит из системы и в дальнейшем не участвует в процессе формирования стоимости целевого продукта, поэтому его стоимость приравнивается нулю. Для всех остальных элементов системы Lk = 0. Из (2) следует, что «топливом» и «продуктом» элемента могут быть как эксергетические, так и фиктивные потоки. При разделении эксергетических потоков на «топливо» и «продукт» используются известные правила эксергоэкономического анализа (F и Р) [9], согласно которым любое уменьшение эксергии является «топливом», а увеличение – «продуктом» элемента. Для фиктивных потоков элемент, в ко- тором происходит уменьшение энтропии рабочего тела, является производителем негэнтропии, а элементы, в которых происходит уменьшение энтропии, – потребителями негэнтропии. Следует от- метить, что с точки зрения реальной эксплуатации установки ХМ и ТНУ поток негэнтропии не имеет никакого физического смысла, однако он представляется важной величиной для определения затрат на устранение деструкции в элементах. Применительно к анализу ХМ использование негэнтропийного подхода не вызывает затруд- нений, поскольку ее целевой продукт (холод) отводится к потребителю через испаритель, который не является диссипативным элементом [10]. В отличие от ХМ, целевым продуктом ТНУ, который идет к потребителю, является отводимая от диссипативного элемента теплота. Это несколько затрудняет процедуру разделения потоков эксергии и негэнтропии на «топливо» и «продукт», так как конденса- тор в данном случае имеет два «продукта» (эксергию теплоты и негэнтропию), а испаритель – ни од- ного. Во избежание ошибок при составлении функциональной схемы ТНУ целевым продуктом ТНУ следует считать отбор тепла от низкопотенциального источника в испарителе. В целом это возможно по причине того, что для ТНУ важно обеспечить эф- фективный как в энергетическом, так и в экономиче- ском отношении отбор тепла от низкопотенциального источника, а отвод тепла к приемнику (потребителю) уже обусловлен самим ходом осуществления термо- динамического цикла. На рис. 1 показан цикл ТНУ в T–S диаграмме, а на рис. 2 представлена функциональная схема ТНУ с выделением на ней потоков эксергии и негэнтропии с учетом стоимостных показателей. На рис. 1 индекс о. с. обозначает параметры окружающей среды, Т, Р, i – температура, давление и энтальпия хладагента. На рис. 2 приняты следующие обозначения: 1 Ро.с. Р1 Р2 2 3 4/ 5 6 4 Т, К s о.с. То.с. Тк Т0 6// s, кДж/(кг·К) іо.с Рис. 1. Цикл ТНУ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 4 13 КМ – компрессор; КД – конденсатор; ДР – дроссель; ИСП – испаритель; Q0 – холодопроизводительность; Qк – теплопроизводительность; Nкм – мощность при- вода компрессора; Nв – мощность вентилятора; τ – время работы установки за год; Sнег – поток негэнтро- пии; Zk – капитальная стоимость k- го элемента; сэ – стоимость электроэнергии по тарифу; сk – удельная стоимость потока эксергии; сsk – удельная стоимость потока негэнтропии. Знак (+) здесь обозначает, что все потоки (энергетические и неэнергетические затра- ты), связанные с дросселем, присоединяются к испа- рителю. Потоки E и Sнег на рис. 2 направлены в проти- воположных направлениях в сторону уменьшения эк- сергии и негэнтропии хладагента от элемента к элементу ТНУ. Все исходящие из элементов потоки эксергии и негэнтропии относятся к «продукту», а входящие являются «топливом» элемента. Разделение потоков эксергии и негэнтропии на «топливо» и «продукт» для теплонасосной ус- тановки представлено в таблице. Эксергетические балансы и разделение на «топливо» и «продукт» потоков эксергии и негэнтропии для элементов ТНУ Элемент ТНУ Уравнение эксергетического баланса «Топливо» и «продукт» элемента ТНУ ( )( ) нег кмкм21хлo.c.кмкм SNssmTNF +=−+= компрессор 21кмкм EENED −+= , где ( )12хлo.c.км ssmTED −= ( ) км12км ЕЕЕP =−= ( ) кд42кд ЕEEF =−= ( ) нег кдSssmTР =−= 24хлo.c.кд конденсатор к42 QD EEEE −−=кд , где ( ) ( )42хлo.c.кк 1 ssmTQED −−−= θкд ккд QL = дроссель 54др EEED −= , где ( )45хлo.c.др ssmTED −= ( ) ( ) нег дрдр54хлo.c.54др SЕssmTEEF +=−+−= ( ) нег исписп65хлo.c.65исп SЕssmТEEF +=−+−= испаритель оQD EEEE +−= 65исп , где ( ) ( )и56хлo.c.исп 1 θ−−−= oD QssmTE [ ]oQР −=исп В таблице приняты следующие обозначения: θи, θк – температурный фактор Карно для испа- рителя и конденсатора; 0QE , кQE – эксергия холода и тепла соответственно. Поскольку «топливом» и «продуктом» элемента в ТФА не всегда является поток эксергии, то эксергетический КПД элемента следует определять по зависимости Fk Dk k E E −=1η , где EFk – потоки эксергии, отнесенные к «топливу» элемента. Стоимостной баланс можно записать в следующем виде [11]: kkFkkPk ZFсPс += , (3) где cPk, cFk – удельные стоимости «продукта» и «топлива» в k-м элементе системы соответственно. Ниже приведен алгоритм определения стоимости потоков эксергии и негэнтропии в ТНУ. Со- гласно (3), с учетом правила Р [9], определяем удельную стоимость эксергетического «продукта» компрессора км км нег кмкмкмэ км τ Е ZSсNс c s ++ = , cэ Nкмτ cкм Екм cкд Екд csисп нег испS cисп Еисп cэ Nнτ сQ0Q0 ∼ Zкд Zисп Zдр ∼ cэ Nвτ ∼ csкд нег кдS Zкм csкм нег кмS негS Е сдр Едр csдр нег дрS + Qк Рис. 2. Функциональная схема ТНУ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 4 14 где cs км – удельная стоимость негэнтропии компрессора. В первом приближении стоимость негэнтро- пии принимается равной 1, в дальнейшем уточняется в ходе итераций. Эксергетические стоимости остальных элементов ТНУ определяются как ( )испдркд кмкм испдркд ЕЕЕ Есссc ++ === . Для конденсатора стоимость негэнтропии записывается как стоимость «продукта» элемента кдвэкдкд нег кдкд ZNсЕcSсs ++= τ . Удельная стоимость потоков негэнтропии находится по выражению ( )нег исп нег др нег км нег кдкд испдркм SSS Sс ссс s sss ++ === . При определении стоимости целевого продукта установки (холод) стоимостные потоки эксер- гии и негэнтропии, а также капитальные затраты, связанные с дросселем, рассматриваются в качестве «топлива» испарителя дрисп нег дрs нег испsнэдрдрисписп0ЦП ZZτ дрисп0 ++++++== SсSсNсЕсЕсQсС Q . Стоимость деструкции эксергии в k-м элементе записывается как DkskDk EcC = . Согласно принятой в настоящее время в мире методике экономической оценки энергопреоб- разующих систем вклад капитальной составляющей в стоимость продукта системы определяется из тех соображений, чтобы за срок эксплуатации установки банку, выдавшему кредит на ее сооружение, была возвращена ссуда с учетом банковского процента. Сумма, возвращаемая банку, определяется как kk ZaZ д= , где kZ – базовая капитальная стоимость элемента; aд – коэффициент восстановительной стоимости, который находится по уравнению [12] ( ) ( ) 11 1 д −+ + = n n r rra , (4) где r – коэффициент дисконтирования; n − годы эксплуатации установки. 4. Результаты исследования Для численной реализации предложенной модели нами проведен расчет статических характе- ристик ТНУ типа «вода–воздух» по методике [13]. Проектные характеристики ТНУ следующие: хо- лодопроизводительность в расчетном режиме составляет 16,8 кВт, теплопроизводительность – 21,6 кВт; температура испарения равна 6,2 °С; температура конденсации 45,9 °С; расход воды через испаритель – 1 л/с; расход воздуха через конденсатор – 2,88 м3/с; Температура воды на входе в испа- ритель равна 12 °С; температура воздуха на входе в конденсатор 32 °С, относительная влажность воз- духа – 37,2%. Рабочее вещество – R22. Компрессор «Maneurop MT 64». Конденсатор воздушный с пластинчатым оребрением, площадью поверхности 56 м2, диаметр труб конденсатора – 12 мм, число рядов труб – 3, количество труб в ряду – 18. Длина одной трубки равна 1400 мм. Размеры соедини- тельных трубопроводов: длина линии всасывания – 20 м, диаметр – 28 мм; длина линия нагнетания – 4 м, диаметр – 12 мм; длина жидкостной линии – 20 м, диаметр – 12 мм. Испаритель – кожухотруб- ный с внутритрубным кипением хладагента. Длина трубки – 1500 мм, диаметр кожуха – 127 мм. Время работы ТНУ в отопительный период τ принято равным 5000 ч. Базовые капитальные стоимо- сти элементов ТНУ кмZ = 8390, кдZ = 23380 и испZ = 16400 грн. Стоимость электроэнергии задава- лась сэ = 0,25 грн/(кВт ч). Проиллюстрируем влияние капитальной стоимости элементов ТНУ на стоимость деструкции эксергии в компрессоре. На рис. 3 представлены зависимости эксергетических КПД компрессора и конденсатора от температуры воды на входе в испаритель Тнп1, определенные по E–S модели, а на ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 4 15 рис. 4 – стоимость деструкции эксергии в компрессоре СDкм при разном значении n, определяющим коэффициент восстановительной стоимости в (4). Анализ рис. 3 и 4 позволил интерпретировать полученные результаты следующим образом. Капитальная составляющая Zk оказывает существенное влияние на характер изменения СDкм. Так, ис- кусственно задавая срок возврата кредита банку n = 100 лет, капитальная стоимость практически ис- ключается из рассмотрения (рис. 4, а). Стоимость деструкции эксергии компрессора увеличивается, несмотря на то, что его эксергетический КПД возрастает (рис. 3, а). Это можно объяснить значитель- ным влиянием на СDкм термодинамического совершенства конденсатора (рис. 3, б). Напротив, если резко увеличить капитальные затраты, задав n = 1 год (рис. 4, б), то влияние конденсатора снижается и СDкм уменьшается с ростом эффективности компрессора. Стоимости деструкции эксергии в элементах ТНУ чувствительны к изменению соотношения эксплуатационных затрат τ= кмээкc NcС к капитальным ∑∑ == kkaC ZZдкап в зависимости от ко- эффициента восстановительной стоимости ад, который варьировался путем изменения срока возврата кредита банку n в (4), при r = 0,06 К = Сэкс/Скап. На рис. 5 представлена зависимость капитальных затрат от количества лет эксплуатации ус- тановки n в сравнении с эксплуатационными затратами за год. На рис. 6 показано изменение стоимо- сти деструкции эксергии СDk в элементах ТНУ в зависимости от К. Видно, что СDk существенно сни- жается при К < 0,5 (рис. 6), т.е. уменьшается влияние капитальной составляющей на СDk. В дальней- шем с ростом К значение СDk практически не меняется, поскольку преобладает влияние эксплуатаци- онной составляющей при формировании стоимости потоков эксергии и негэнтропии. Наименее чувствительна стоимость деструкции испарителя к изменению коэффициента К, поскольку она, как известно [14], является эндогенной и поэтому не зависит от потерь в других эле- ментах, а определяется только термодинамическим совершенством самого испарителя. 0,70 0,71 0,71 0,72 0,72 4 7 10 13 16 19 E-S Т нп1, ºС ηкм 0,50 0,51 0,51 0,52 0,52 0,53 0,53 4 7 10 13 16 19 E-S Т нп1, ºС ηкд а) б) Рис. 3. Зависимости эксергетических КПД от температуры Тнп1: а) – компрессора; б) – конденсатора 36 37 38 39 40 41 4 7 10 13 16 19 E-S Т нп1, ºС С Dкм, грн 225 230 235 240 245 250 255 260 4 7 10 13 16 19 E-S Т нп1, ºС С Dкм, грн а) б) Рис. 4. Зависимости СDкм от температуры Тнп1 при: а) – n = 100 лет; б) – n = 1 год ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 4 16 5. Заключение На основе использования понятия негэнтропии предложена термоэкономическая модель ТНУ, позво- ляющая определить стоимость деструкции эксергии в элементах из уравнений стоимостных балансов, а не путем назначения ее по стоимости «топлива» элемента. В этом авторы усматривают элементы универсальности предложенной термоэкономической модели ТНУ. Предложенная модель позволяет впервые оце- нить влияние соотношения капитальных и эксплуата- ционных затрат на стоимость деструкции эксергии в каждом элементе установки. Следовательно, можно проследить, на каком этапе эксплуатации установки устранение деструкции эксергии экономически целесо- образно за счет капитальных, а на каком – за счет экс- плуатационных затрат. Литература 1. Эль Саид, И. М. Термоэкономика и проектирование теп- ловых систем/ И. М. Эль Саид, Р. Б. Эванс // Тр. Амер. о- ва инж.-мех. Энерг. машины. – 1970. – № 1. – С. 22–31. 2. Бродянский, В. М. Доступная энергия Земли и устойчивое развитие систем жизнеобеспечения. 2. Ресурсы Земли / В. М. Бродянский // Техн. газы. – 2011. – № 3. – С. 48–63. 3. Lozano, M. Theory of Exergetic Cost / M. Lozano, A. Valero // Energy. – 1993. – № 18 (9). – P. 939–960. 4. On the Negenthropy Application in Thermoeconomics: A Fictitious or an Exergy Component Flow? / J. Santos, M. Nascimento, E. Lora, A. M. Reyes // Int. J. Thermodynamics. – 2009. – Vol. 12, № 4. – P. 163–176. 5. D’Accadia, M. D. Thermoeconomic analysis and diagnosis of a refrigeration plant / M. D. D’Accadia, F. De Rossi// Energy Conversion and Management. – 1998. – № 39. – P. 1223–1232. 6. D’Accadia, M. D. Thermoeconomic Optimization of Refrigeration Plant / M. D. D’Accadia, F. De Rossi // Int. J. Refrigeration. – 1998. – № 21. – P. 42–54. 7. Piacentino, A. Scope-Oriented Thermoeconomical Analysis of Energy Systems. P. I. Looking for a Non-Postulated Cost Accounting for the Dissipative Devices of a Vapour Compression Chiller. Is it Feasible? / A. Piacentino, F. Cardona // Appl. Energy. – 2010. – Vol. 87. – P. 943–956. 8. Frangopoulos, C. A. Thermo-economic Functional Analysis and Optimization / C. A.Frangopoulos // Energy. – 1987. – № 12 (7). – P. 563–571. 9. Тсатсаронис, Дж. Взаимодействие термодинамики и экономики для минимизации стоимости энергопреоб- разующей системы / Дж. Тсатсаронис. – Одесса: Негоциант, 2002. – 152 с. 10. Тарасова, В. А. Сравнительный анализ термоэкономических моделей формирования эксергетической стои- мости холода / В. А. Тарасова, Д. Х. Харлампиди // Техн. газы. – 2013.– № 6. – C. 55–63. 11. Morosuk, T. Advansed exergoeconomic analysis of refrigeration machine: Part 1. Methodology and first evaluation / T. Morosuk, G. Tsatsaronis // Proc. 2011 Int. Mech. Eng. Congress at Denver (USA). – 2011. – P. 1–10. 12. Wall, G. Thermoeconomic Optimization of a Heat pump System / G. Wall // Energy J. – 1986. – Vol. 11, № 11 (10). – P. 957–967. 13. Харлампиди, Д. Х. Расчет реверсивного кондиционера-теплового насоса при переводе его на альтернативные хладагенты / Д. Х. Харлампиди, Э. Г. Братута, А. В. Шерстюк // Інтегровані технології та енергозбереження. − 2012. − № 3. − С. 78–83. 14. Системно-структурный анализ парокомпрессорных термотрансформаторов / Ю. М. Мацевитый, Э. Г. Бра- тута, Д. Х. Харлампиди, В. А. Тарасова. – Харьков: ИПМаш им. А.Н. Подгорного НАН Украины, 2014. – 269 с. Поступила в редакию 21.10.14 0 5 10 15 20 n=3 года n=5 лет n=10 лет n=20 лет ДР ИСП КД КМ С , т ы с. гр н/ го д C кап C экс Рис. 5. Зависимость Скап от n и Сэкс 0 50 100 150 200 250 0 0,5 1 1,5 2 2,5 CDk, кВт K КМ КД ИСП Рис. 6. Зависимость СDk от К

Термоэкономическая модель теплонасосной установки на основе негэнтропийного подхода к формированию стоимости целевого продукта

Репозитарії

Схожі ресурси