Дмитренко
Марія
Олександрівна

АВТОРЕФЕРАТ

---

АКТУАЛЬНІСТЬ РОБОТИ

Принципи проектування систем теплопостачання, закладені за радянських часів, на сьогодні застаріли. Більшість сучасних робіт по підвищенню енергетичної ефективності систем теплопостачання носить осередковий характер. Відсутні узагальнювальні критерії, що забезпечують знаходження найбільш оптимальних рішень, як при модернізації існуючих систем теплопостачання, так і при створенні нових. Програми їх розвитку грунтуються не на створенні багатофакторних моделей, а лише на аналізі переваг і недоліків тих або інших варіантів, причому більшою мірою якісному, чим кількісному. Рішення про впровадження різних технологій дуже часто приймається на підставі одного лише економічного аналізу. Таким чином, погано враховуються особливості і потреби паливно-енергетичного комплексу України.

У роботі на підставі досліджень розробляється методика проектування джерела теплопостачання, що враховує альтернативні варіанти теплових схем, схеми, у складі яких використовуються теплові насоси, а також баки-акумулятори, які можуть бути реалізовані у споживача. Розроблена методика дозволяє виробити аналіз найбільш доцільних варіантів теплопостачання в умовах різних типів споживачів з урахуванням наявних ресурсів і потенціалу розвитку, поліпшити стан довкілля, підвищити енергетичну безпеку, збільшити долю альтернативних і поновлюваних джерел енергії та ін.

---

ЦІЛІ ТА ЗАВДАННЯ

Метою магістерської роботи є дослідження схеми теплопостачання з використанням теплових насосів і баків-акумуляторів з метою підвищення ефективності використання первинних енергоресурсів.

При цьому вирішуються наступні завдання:

• вивчення властивостей теплових насосів різних типів;
• розгляд використання баків-акумуляторів при використанні різних теплових навантажень;
• розгляд можливостей і перспективи використання в теплопостачанні різних споживачів;
• розробка системи критеріїв, умов і показників, а також методів, які дозволяють визначити ефективність систем теплопостачання;
• визначення техніко-економічних показників і перспективи побудови таких схем;
• розробити рекомендації на рахунок удосконалення систем теплопостачання з використанням альтернативних технологій з метою зниження споживання паливних ресурсів, підвищення надійності, безпеки теплопостачання, поліпшення стану довкілля та ін.;
• обробка результатів дослідження із застосуванням методів математичного моделювання;
• розробка методики проектування схем теплопостачання.

---

НАУКОВА НОВИЗНА

Розробляється методика проектування джерела теплопостачання. Вона враховує альтернативні варіанти теплових схем з використанням теплового насоса та бака-акумулятора, які можуть бути реалізовані у споживача. У методиці слідує оцінка усіх розроблених варіантів теплопостачання з позицій: енергоефективності, економічної доцільності, дії на довкілля, надійності, безпеці та ін. Після цього слідує вибір найбільш доцільного варіанту енергопостачання.

---

ПЛАНОВАНІ ПРАКТИЧНІ РЕЗУЛЬТАТИ

На основі дослідження різних схем теплопостачання показати можливу ефективність застосування таких систем з метою підвищення ефективності використання первинних енергоресурсів; розробити комплекс методичних рекомендацій і практичних пропозицій до проектування теплових схем для умов України.

---

ОГЛЯД ДОСЛІДЖЕНЬ І РОЗРОБОК ПО ТЕМІ

В останні десятиліття спостерігається значний інтерес до теплонасосних технологій практично в усіх розвинених країнах світу. Аналіз можливих сфер застосування в економіці України теплонасосних технологій показує, що на першому етапі в нашій країні найбільш перспективною областю їх впровадження є системи життєзабезпечення будівель.

В останні десятиліття спостерігається значний інтерес до теплонасосних технологій практично в усіх розвинених країнах світу. Аналіз можливих сфер застосування в економіці України теплонасосних технологій показує, що на першому етапі в нашій країні найбільш перспективною областю їх впровадження є системи життєзабезпечення будівель.

Умови в Україні істотно відрізняються від інших країн, тому при проведенні реконструкції систем теплопостачання необхідно враховувати особливості кліматичних умов, характеристики і властивості споживачів, наявність перспективних енергоресурсів та ін.

Застосування теплонасосних установок (ТНУ) в теплопостачанні може забезпечити значну економію паливних ресурсів. Теплові насоси дають можливість використовувати низкопотенційну теплову енергію різних джерел: таких, як атмосферного повітря, грунту, стічних вод і так далі.

Принцип роботи теплового насосу полягає в передачі теплової енергії від джерела, що має відносно низьку температуру, до джерела, що має вищу температуру. Як випливає з другого закону термодинаміки, такий процес не може відбуватися мимоволі і вимагає компенсації у вигляді роботи, що підводиться. Термодинамічна схема теплового насосу зображена нижче на схемі:

Рисунок 1 – Термодинамічна схема теплового насосу

До робочого тіла, циркулюючого в тепловому насосі (ТН), від холодного джерела (ХИТ) передається теплова енергія у кількості Q1. За рахунок здійснення над робочим тілом роботи L, його температура підвищується і стає вище за температуру гарячого джерела - ГИТ, що дає можливість передавати йому теплову енергію у кількості Q2. Відповідно до закону збереження енергії:

Найважливішим показником, що характеризує термодинамічну ефективність роботи теплового насоса, є коефіцієнт перетворення енергії, який дорівнює відношенню теплової енергії, що передається гарячому джерелу, до роботи, що підводиться до теплового насосу:

Видно, що коефіцієнт завжди більше одиниці. Залежно від фізичної суті процесів, що протікають у теплових насосах, вони підрозділяються на:

• компресійні (парові і газові);
• абсорбційні;
• параежекторні;
• термоелектричні та ін.

Найбільшого поширення набули паракомпресійні та абсорбційні теплові насоси. Інші види теплових насосів являються або дорожчими і менш ефективнішими, ніж вказані, або мають вузький спектр використання.

Паракомпресійні теплові насоси (ПТН)

Як енергію високого потенціалу ПТН використовують механічну енергію електричного, парового, гідравлічного або газотурбінного приводу, як теплота низького потенціалу - поновлювану природну теплоту термальних, грунтових і поверхневих вод, грунту, атмосферного повітря або техногенну скидну теплоту технологічних процесів енергетичних і промислових виробництв, стічних вод біологічних та інших очисних споруд з температурою 5-50°С.

Використання в ПТН електроенергії, що виробляється за рахунок поновлюваної гідравлічної енергії на ГЭС і низькотемпературної теплоти грунтових вод, наявних удосталь особливо в заплавах річок, й так само електроенергії від вітрових, приливних, атомних та інших екологічно чистих електростанцій дозволяє виробляти теплову енергію для теплопостачання без забруднення довкілля.

Абсорбційні теплові насоси (АТН)

Як енергія високого потенціалу використовують теплоту спалювання палива або теплову енергію конденсації водяної пари з тиском не нижче 0,4 МПа (абс.), теплоту охолодження гарячої води з початковою температурою вище 145°С; як теплота низького потенціалу - поновлювану теплоту термальних вод або техногенну скидну теплоту з температурою 20-50°С. АТН відноситься до знижувальних трансформаторів тепла. Отримана від теплового насоса кількість корисної теплоти середнього потенціалу дорівнює сумі теплоти низького (утилізованого) і високого потенціалів в однакових теплових одиницях, тобто частина теплоти середнього потенціалу отримана з природної або скидної техногенної теплоти. Це визначає енергетичну й, як наслідок, економічну і екологічну доданки ефективності теплових насосів в порівнянні з котельними на органічному паливі при однаковій тепловій потужності.

Відношення отриманої споживачем від ТН теплової енергії до витраченої енергії (у тепловому еквіваленті) характеризує ефективність роботи ТН і називається коефіцієнтом перетворення або трансформації:

де Qn - теплота, отримана споживачем від ТН;
Qз - потужність в тепловому еквіваленті, витрачена на привід компресора в ПТН або теплота високого потенціалу, витрачена в АТН.

Розглянемо бінарну схему, що складається з теплового насоса і пікового котла. Навколишнє повітря є найдоступнішим джерелом низкопотенційної теплової енергії. При використанні в схемі опалювання реверсивного кондиціонера, який може працювати в режимі теплового насоса, додаткові капіталовкладення будуть мінімальними.

Принципова теплова схема виглядатиме, як показано на рисунку 2. Теплонасосна установка є першим ступенем нагріву води опалювального контура. Це пов'язано з тим, що в тепловому насосі з пониженням різниці температур між низкопотенциальным джерелом і робочим тілом, що нагрівається, коефіцієнт перетворення енергії зростає. Тому тепловий насос доцільно розташовувати в низькотемпературній частині теплової схеми.

Вода опалювального контура після системи опалювання (СО) циркуляційним насосом (ЦН) подається в теплонасосную установку (ТНУ). Після теплового насоса вода поступає або до котла, що є піковим джерелом тепла, або через байпас до системи опалювання.

Рисунок 2 – Принципова теплова схема спільного використання теплонасосної установки та пікового котла

Еквівалентний коефіцієнт перетворення первинної енергії в цій схемі визначатиметься вираженням:

де - доля теплового навантаження опалювання, яке здійснюється за рахунок теплового насосу;
- коефіцієнт перетворення енергії в тепловому насосі;
- коефіцієнт, що характеризує роботу котла. Це коефіцієнт, при якому ефективність використання первинного палива в котельній і теплонасосной установках рівні між собою.

Можливість задоволення теплового навантаження опалювання тепловим насосом з одного боку обмежена максимальною температурою мережевої води, яка може бути отримана після ТНУ, з іншої - тепловою потужністю ТНУ в цих умовах. Таким чином, робочі параметри теплової схеми залежать також від температурного графіку системи опалювання і встановленої теплової потужності теплового насосу.

---

ВИСНОВКИ

Таким чином, основним завданням магістерської роботи є об'єднання усіх досліджуваних систем застосування теплових насосів і баків-акумуляторів у системах теплопостачання з метою оптимізації та кількісного визначення показників розглянутих видів теплопостачання. Результатом роботи буде розробка методики для оцінки ефективності використання різних типів теплових насосів і баків-акумуляторів у конкретних схемах теплопостачання.

---

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Макогон Ю.В., КуденкоГ.Е. Некоторые аспекты реализации политики энергосбережения в Украине: Монография - Донецк: ДонНУ-ДонФ НИСИ, 2006. -200с.
2. Горшков В.Г. Тепловые насосы. Аналитический обзор. Журнал «Справочник промышленного оборудования». М: 2004. №2.
3. Праховник А.В., Соловей А.И., Прокопенко В.В. Энергетический менеджмент - К.: ІЕЕ НТУУ „КПІ”, 2001, 471с.
4. Гохштейн Д.П. Современные методы термодинамического анализа энергетических установок М.: Энергия, 1969. 350 с.
5. Андрющенко А.И. Сравнительная эффективность применения тепловых насосов для централизованного теплоснабжения // Промышленная энергетика. 1997. №6. с. 2-4.
6. А. Г. Корольков, А.В. Попов, А. Влад. Попов Абсорбционные бромистолитиевые водоохлаждающие и водонагревательные трансформаторы теплоты //Проблемы энергосбережения № 1 (14) февраль 2003.
7. http://www.prolin.com.ua/nasosy.html
8. Сафьянц С.М., Колесниченко Н.В. О возможности повышения качеста теплоснабжения путем реконструкции теплового пункта здания / Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Материалы Международной научно-практической конференции. Донецк – Авдеевка. 23-27 мая 2006г., - Донецк: ДонНТУ, 2006 –с. 101-104
9. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. Москва Издательство МЭИ. 1999г.
10. http://heatpumps.com.ua/

---

ЗАУВАЖЕННЯ

При написанні цього автореферату магістерська робота ще не завершена. Дата остаточного завершення роботи: грудень 2010 р. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отриманий у автора або його керівника після вказаної дати.