Файл: Пояснювальна записка до дипломного проекта на здобуття освітньокваліфікаційного рівня Спеціаліст" за фахом 000008 Енергетичний менеджмент".doc

β – годовой показатель выработки теплового насоса;

А - амплитуда суточных колебаний суммарной солнечной радиации, Вт;

А - максимальная суточная амплитуда температуры наружного воздуха в июле, °С;

а - показатель поглощения помещением теплового потока солнечной радиации;

А₁, А₂, А₃… А_п, А_ос – площади ограждающих конструкций, м²;

К - коэффициент теплопередачи слоя ограждения, Вт/ м² °С;

К_инвест. – величина инвестиций в проект, грн.;

К_побочн – побочные издержки, грн.;

К_тепл – издержки получения тепла, грн.;

К_{энергия} – стоимость получения энергии, грн.;

М – массовый расход воздуха, кг/с.

М_{изг.доп} - допустимый максимальный момент, Н×м;

М^изг_мах - максимальный изгибающий момент, Н×м;

Н_низ – низшая теплотворная способность топлива, кВтч / л;

с_маз – цена мазута, грн/л;

с_эл.эн – цена потребленной электроэнергии, грн/кВтч;

У - находим коэффициенты теплоусвоения, Вт/(кв.м град.С);

у — фактор формы днища;

Х - центр масс прямоугольной детали, м;
ВТА - внутренний теплообменный аппарат;

ВЭР – возобновляемые энергоресурсы;

К – компрессор;

КОП –коэффициент преобразования теплового насоса;

НТА - наружный теплообменный аппарат;

ТН – тепловой насос;

Ф – фильтр;

ФК - фреоновый контур;

ВВЕДЕНИЕ

В данной дипломной работе рассматривается возможность применения теплового насоса в учебно-лабораторном корпусе (УЛК ХАИ) для его отопления в зимнее время. Анализируются технические, экономические и экологические аспекты этой задачи, что в конечном итоге должно уменьшить энергопотребление объекта.

Объект исследования: технико-экономические аспекты применения тепловых насосов для обогрева учебно-лабораторного корпуса (УЛК ХАИ).

До сегодняшнего дня тепловой насос представлялся главным образом как агрегат или некая система, предназначенная в первую очередь для кондиционирования воздуха, способная также обеспечить определенную отопительную мощность, в большей или меньшей степени удовлетворяющую потребности в тепле в зимний период. На самом деле характеристики этого оборудования стремительно меняются, и уже во многих странах Европы тепловой насос сменил, что называется, «ориентацию»: первым делом потребности в тепле, а охлаждение – потом. Больше того, зачастую тепловой насос уже используется только для отопления.

---

Такая смена потребительской ориентации обусловлена произошедшей за последние два десятилетия трансформацией подходов западного мира:

• 
  озабоченностью качеством воздуха, необходимостью решения проблемы парникового эффекта, создаваемого отопительными системами;
  
• 
  поиском альтернативных экологических решений на смену традиционному отоплению посредством сжигания ископаемого топлива;
  
• 
  повышением эффективности и надежности тепловых насосов вследствие эволюции рефрижераторных технологий, разработки новых спиральных компрессоров и пр.;
  
• 
  уменьшением вредного воздействия рефрижераторных систем на среду вследствие разработки новых хладагентов HFC.
  

Первые два фактора в наибольшей степени способствовали росту внимания к использованию альтернативных источников энергии.

У тепловых насосов нового поколения охлаждающая жидкость уже почти повсеместно заменяется на R 407C.

Данные системы применяются главным образом в зданиях, где имеется множество помещений: административные здания, жилые дома, гостиницы, мотели, торговые центры и пр. В торговых центрах их стали применять не так давно. На самом деле кольцевые водяные системы известны с 1960 года. Накопленный с тех пор опыт эксплуатации показывает, что по своей надежности они вполне могут соперничать с традиционными системами.

В последние десятилетия наблюдается значительный интерес к технологиям производства тепловых насосов во всех развитых странах мира. Анализ возможных областей применения в экономике Украины теплонасосных технологий показывает, что на первом этапе в нашем государстве наиболее перспективной областью их внедрения являются системы жизнеобеспечения зданий.

Существенное улучшение экономических и экологических характеристик производства тепловой энергии достигается с помощью теплонасосных установок (ТНУ), позволяющих трансформировать низкопотенциальную теплоту ВЭР и возобновляемых природных источников до более высоких температур, пригодных для целей теплоснабжения. Кроме того, применение ТНУ дает возможность приблизить тепловые мощности к местам потребления, минимизировать протяженность тепловых сетей, рассредоточить выбросы в регионе и получать в системах отопления 3...8 кВт эквивалентной тепловой энергии в зависимости от температуры низкопотенциальных источников, затрачивая при этом 1 кВт электрической энергии.

Важнейшей особенностью ТНУ является универсальность по отношению к виду первичной энергии, возможность использования практически всех видов энергии, поскольку компрессор ТНУ может приводить в действие механическим, электрическим и любым тепловым двигателем. Это способствует оптимизации топливного баланса с замещением дефицитных энергоресурсов менее дефицитными видами.

---

Крупным преимуществом схем теплоснабжения ТНУ с электрическим приводом является их высокая экологическая эффективность. ТНУ расходуют в 3–4 раза меньше топлива. По сравнению с электроотоплением расход электроэнергии сокращается на 50...70%. Благодаря полной автоматизации ТНУ не требует постоянного обслуживания.

Дипломная работа будет посвящена повышению энергоэффективности источников теплоснабжения с использованием теплонасосных установок в системах теплоснабжения с учетом комплексного влияния вида привода компрессора ТНУ, схем и режимов работы; определению условий рационального комбинирования источников теплоснабжения и теплонасосных установок в системах теплоснабжения; разработке методических основ синтеза источников теплоснабжения с теплонасосными установками. В работе будет проведена систематизация и обобщение литературной информации по разработке и внедрению теплонасосных установок в системах теплоснабжения. Разрабатывается обобщенная система и математическое описание источника теплоснабжения с теплонасосной установкой.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Цель и задачи работы
Целью исследования является определение конструкции теплового насоса и расчёта экономического эффекта его использования.

Задачи, которые предстоит решить в процессе исследования:

1. 
   синтезировать тепловую модель учебно-лабораторного корпуса (УЛК ХАИ);
   
2. 
   проанализировать источники тепла в здании;
   
3. 
   провести обзор рынка тепловых насосов на Украине, подходящих для выполнения данной задачи;
   
4. 
   сформулировать выводы и рекомендации, как следствие проделанной исследовательской работы.
   

Задачи, которые ставятся в работе:

1. Библиографический поиск с использованием современных информационных технологий по теме исследования.

2. Изучить теплоснабжение учебно-лабораторного корпуса.

3. Провести расчет теплового баланса здания.

4. Выполнить обзор промышленных установок типа тепловой насос, существующих на рынке Украины.

5. Рассмотреть возможности использования теплонасосных установок.

6. Выполнить технико-экономическое обоснование отопления для учено-лабораторный помещений с использованием теплового насоса.

7. Изучить номенклатуру промышленных установок типа тепловой насос, предлагаемых к реализации на рынке Украины.

8. Сформулировать заключение об эффективности тепловых насосов в качестве отопительных систем, в современных экономических условиях

---

Украины.
1.2 Актуальность работы
Актуальность темы научно-исследовательской работы заключается в обосновании использования теплонасосных установок.

В условиях обостряющегося дефицита и роста цен на энергоносители проблема энергосбережения для экономики Украины в целом и для её жилищно-коммунального сектора в частности становится весьма актуальной.

Известно, что жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ) является важнейшей социальной отраслью, где функционируют тысячи предприятий и организаций, эксплуатируется почти 25% основных фондов страны, занято около 7% трудоспособного населения и используется около 26% топливно-энергетических ресурсов Украины. В то же время эта отрасль экономики является наиболее технически отсталой с целым рядом все обостряющихся проблем. Средний расход тепловой энергии, используемой для отопления жилого фонда, превышает 600 кВт • ч / год на 1 м³, что в 4-5 раз выше, чем аналогичные показатели для таких «холодных» стран как Норвегия, Швеция и Финляндия.

В регионах с низкой плотностью застройки, что характерно для сельской местности, где проживает около 40% населения Украины, показатели энергоэффективности использования теплоты в жилищно-коммунальном секторе ещё ниже. В этой группе децентрализованных энергопотребителей эксплуатируются сотни тысяч индивидуальных генераторов теплоты, имеющих, как правило, низкоэффективное оборудование с повышенным выбросом загрязняющих веществ в атмосферу.

Альтернативой энергорасточительным теплогенераторам (малые котельные, печное отопление и т.п.), традиционно используемым для обеспечения теплом децентрализованных потребителей, могут служить тепловые насосы (ТН), представляющие собой энергосберегающее экологически чистое технологическое оборудование, внедрение которого позволяет не только уменьшить затраты органического топлива на получение теплоты, но и существенно снизить загрязнение окружающей среды.

Принцип действия теплового насоса базируется на реализации обратного термодинамического цикла. В ТН рабочий агент совершает обратный круговой термодинамический цикл, в результате которого обеспечиваются непрерывный отвод энергии от холодного источника и передача её теплоносителю с более высокой температурой за счёт подвода внешней энергии к компрессору.

Для оценки энергетической эффективности ТН используется коэффициент преобразования (СОР), представляющий собой отношение теплоты, отдаваемой тепловому потребителю, к затраченной работе привода компрессора. Величина коэффициента СОР зависят от

---

разности температуры источника и потребителя, степени обратимости цикла, термодинамических свойств рабочего тела и других факторов и на практике находятся в пределах 1,5-6,0. Это значит, что на единицу затраченной электрической энергии, тепловому потребителю передаётся в 1.5 - 6 раз больше тепловой энергии.

Эффективность тепловых насосов в последние годы значительно возросла вследствие изменений, внесенных в конструкцию компрессоров, теплообменников и микропроцессорных систем управления. Применение двухступенчатого сжатия и впрыска в компрессор жидкого фреона позволяет существенно увеличить диапазон давлений испарения и конденсации, тем самым значительно повышая максимальную температуру теплоносителя (вплоть до 70⁰С) при температурах окружающей среды до -20⁰С. Источниками низкопотенциальной теплоты являются атмосферный воздух, вода естественных водоёмов, грунт, грунтовые воды, солнечная радиация, а также источники теплоты, возникшие в результате деятельности человека, такие, как вода из систем охлаждения оборудования или технологических процессов, вытяжной воздух систем вентиляции, очищенная вода станций аэрации и др., т.е. вторичные низкопотенциальные энергоресурсы (ВЭР).

Применение теплонасосной техники представляет собой не очередную модернизацию традиционных энергоисточников, а внедрение относительно нового, прогрессивного, высокоэффективного и экологически чистого способа преобразования энергии, позволяющего не только уменьшить затраты органического топлива при получении теплоты, но и существенно снизить загрязнение окружающей среды. Теплонасосные установки являются также многофункциональными, используемыми, в том числе в системах кондиционирования (одновременно производящими теплоту и холод), мобильными, относительно простыми в изготовлении и в эксплуатации.

Исследования, выполненные и базирующиеся при оценке энергетической эффективности различных систем теплоснабжения на понятии коэффициента использованной первичной энергии, показывают, что при рационально организованной системе на базе тепловых насосов со средним коэффициентом преобразования 3,5 затраты топлива могут быть уменьшены по сравнению с крупными отопительными котельными в 1,2-1,8 раз, по сравнению с мелкими котельными и индивидуальными тепло генераторами - в 2-2,6 раза и по сравнению с электронагревателями - в 3-3,6 раза при нынешних тарифах на энергоносители. Учитывая тот факт, что по прогнозам стоимость тепловых насосов может увеличиваться не более чем на 2-3% в год, а тарифы будут расти сравнимо с уровнем инфляции (порядка 10-15% в год), сроки окупаемости могут существенно снизиться. В системах с рекуперацией теплоты низкопотенциальных сбросных энергопотоков и использованием теплонасосного оборудования для кондиционирования воздуха в помещениях в летнее время сроки окупаемости могут быть менее 2-3 лет.

---