ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Дмитренко М.А., Руководитель – проф., д.т.н. кафедры ПТ Сафьянц С.М.
Донецкий национальный технический университет, г.Донецк

Источник: Всеукраинская научно-практическая конференция студентов "Металлургия XXI столетия". Сборник докладов. - Донецк, ДонНТУ 2010г.

Применение теплонасосных установок (ТНУ) в теплоснабжении обеспечивает значительное энергосбережение. Тепловые насосы дают возможность использовать низкопотенциальную тепловую энергию различных источников: атмосферного воздуха, грунта, сточных вод и т.д.

Эффективность использования теплового насоса связана с экономией энергии первичного источника. Рассмотрим случай замещения нагрузки котельной тепловым насосом. В условиях потребителя, для оценки эффективности такого замещения, необходимо определять экономию средств. Одним из основных критериев оценки целесообразности инвестиций в установку теплового насоса является простой срок окупаемости капиталовложений.

Простой срок окупаемости капиталовложений при замещении нагрузки котельной тепловым насосом, потребляющим электроэнергию, можно оценить по формуле:

где К – капиталовложения на 1кВт установленной мощности теплового насоса, грн/кВт; bкот - удельный расход топлива в котельной, м3/кВт•ч или кг/кВт•ч; Цтопл – цена топлива, грн/м3 или грн/кг; Цэл.эн. – цена электроэнергии, грн/кВт•ч; μ - коэффициент преобразования теплового насоса; nч – число часов использования установленной мощности в году, ч.

Из формулы видно, что срок окупаемости теплового насоса будет снижаться с ростом коэффициента преобразования энергии , увеличением числа часов использования установленной мощности, снижением отношения .

Таким образом, на основании этого выражения можно выполнить предварительную оценку целесообразности замещения тех или иных нагрузок котельной за счет использования тепловых насосов конкретного типа в конкретных условиях.

Рассмотрим бинарную схему, состоящую из теплового насоса и пикового котла. Окружающий воздух является самым доступным источником низкопотенциальной тепловой энергии. Кроме того, при использовании в схеме отопления реверсивного кондиционера, который может работать в режиме теплового насоса, дополнительные капиталовложения будут минимальными. Принципиальная тепловая схема будет выглядеть, как показано на рисунке. Теплонасосная установка является первой ступенью нагрева воды отопительного контура. Это связано с тем, что в тепловом насосе с понижением разницы температур между низкопотенциальным источником и нагреваемым рабочим телом коэффициент преобразования энергии μ возрастает. Поэтому тепловой насос целесообразно располагать в низкотемпературной части тепловой схемы.

Рисунок – Принципиальная тепловая схема совместного использования теплонасосной установки и пикового котла

Вода отопительного контура после системы отопления (СО) циркуляционным насосом (ЦН) подается в теплонасосную установку (ТНУ). После теплового насоса вода поступает либо в котел, являющийся пиковым источником тепла, либо через байпас в систему отопления.

Эквивалентный коэффициент преобразования первичной энергии в данной схеме будет определяться выражением:

где α - доля тепловой нагрузки отопления, которая осуществляется за счет теплового насоса; μ тну - коэффициент преобразования энергии в тепловом насосе; μ* - коэффициент, характеризующий работу котла.

Возможность удовлетворения тепловой нагрузки отопления тепловым насосом с одной стороны ограничена максимальной температурой сетевой воды, которая может быть получена после ТНУ, с другой – тепловой мощностью ТНУ в данных условиях. Таким образом, рабочие параметры тепловой схемы зависят также от температурного графика системы отопления и установленной тепловой мощности теплового насоса.