разное

«Базовый вариант»

Особый интерес представляет всесторонний анализ высоко­температурного теплового насоса, в котором температурный уровень производства тепла превышает тот максимальный предел, который может быть получен от ТЭЦ.

В качестве иллюстрации рассмотрим термоэкономический анализ теплонасосного теплоснабжения для производства тепла на температурном уровне Тгор=120°С для промышленного потребителя (&~ЗМВт). Выбор рабочего вещества на основании методики, приведенной в п.24.2, показал, что только одно рабочее вещество удовлетворяет всем требованиям - вода (R718). Для одноступенчатого режима работы теплового насоса температура низкопотенциального источника должна быть не ниже ТХОД=80°С, что однозначно определяет возможность использования солнечной энергии.

Схема теплового насоса приведена на рис.24.7. Для анализа принято, что конденсатор и испаритель - кожухотрубные тепло - обменные аппараты; компрессор - поршневой.

Температурная разница «нетто» (Тгор... Тср) является неизменной величиной и характеризуется входными параметрами.

Температурная разница «брутто» представляет функцию тем­пературного напора в теплообменных аппаратах, т. е. характеризует капитальные и эксплуатационные затраты теплового насоса и, с точки зрения эксергетического анализа, определяет сумму деструкций эксер­гии в конденсаторе и испарителе.

Все варианты систем отопления, приведенные на рис.24.5, будут рассмотрены в сравнения с теплонасосной системой.

Из многочисленного опыта проектирования и эксплуатации систем теплоснабжения были выбраны средние показатели их эффек­тивности:

КПД бойлера:

На жидком топливе 7=0,75; на газе 7^=0,70;

Из опыта проектирования тепловых насосов известно:

изоэнтропный КПД компрессора 77сл*=0,85;

температурный напор в конденсаторе и испарителе zir=10°. Упрощенные тепловые и теплотехнические расчеты различных

Систем отопления и теплового насоса дали результаты, приведенные в таблице 24.5, которые в дальнейшем будут использованы как «базовые».

Общая стоимость любой из рассматриваемых систем состоит из 3 составляющих

Z = + + "ZJтопливої (^4.5)

Где для любого элемента теплонасосной или других систем

ZCI = akxkn(Ubf/Nk (24.6)

Х - характеристика к-го элемента (Таблица 24.5); а - цена единицы оборудования (Таблица 24.6); п, у - показатели функций (Таблица 24.7); N - срок эксплуатации (Таблица 24.7).

Экономическая модель системы представлена в таблице 24.6.

Полный анализ анализируемых систем отопления выполнен как обобщение расчетов по термодинамической и экономической моделям (Таблица 24.8).

Полученные результаты констатируют, что при предвари­тельном проектировании экономическая эффективность теплового насоса незначительно превышает эффективность системы 2. Различие 3,6% в общей стоимости входит в диапазон так называемой 4% погрешности, допустимой стандартами на проведение технических расчетов. Таким образом делаем вывод, что единственной альтерна­тивой тепловому насосу может рассматриваться бойлер на жидком топливе.

Для будущего потребителя использование бойлера на жидком топливе является известной и хорошо зарекомендовавшей себя практикой. Существенным недостатком такой системы выступает

Отсутствие магистральной доставки топлива к потребителю, следо­вательно, возникает необходимость хранить жидкое топливо с прове­дением обязательных мероприятий по технике безопасности и, особенно, пожарной безопасности. Понятно, что эти затраты также должны быть включены в анализ. Очевидно, что суммарные затраты «система 2 + система хранения жидкого топлива» превысят величину 3,6%, следовательно, тепловой насос окажется эффективнее.

Проведем анализ систем отопления на основании эксерго­экономического фактора / (ур.(2.75)) - таблица 24.9. Видно, что система 1 имеет наименьшее значение /, аналогично как и другие низкие показатели эффективности. Системы 2 и 3 мало отличаются друг от друга, эффективность системы 4 можно оценить, примерно, в 3,5 раза выше эффективности систем 2 и 3. Система 5 - теплонасосная - однозначный лидер.

Проведем эксергоэкономический анализ теплового насоса. Ранее эксергоэкономический анализ проводился только для энергети­ческих систем (электростанций и ТЭЦ), и все затраты как в единицах эксергии, так и в денежных единицах определялись, исходя из изменения состояния топлива при прохождении его по элементам. Холодильные машины и тепловые насосы коренным образом отличаются в этой связи от энергетических систем, так как рабочее вещество осуществляет замкнутый цикл, а эксергия поставляется в систему в виде электроэнергии на привод компрессора, тепловой эксергии в испаритель и удаляется в виде тепловой эксергии в процессе конденсации. Для анализа необходимо определить «начало» и «конец» эксергетического цикла в тепловом насосе.

Целью теплового насоса является получение тепла высокого потенциала, следовательно, цена на это тепло должна быть конку­рентоспособной ценам на тот же полезный эффект, но произведенный в других системах. Таким образом поток рабочего вещества на выходе из конденсатора может иметь нулевую стоимость эксергии. Нулевая стоимость эксергии присвоена также эксергии солнечного излучения, входящему в солнечный коллектор.

На основании эксергоэкономической зависимости для расчета изменения стоимости эксергии потока рабочего вещества при прохож­дении через к-ый элемент системы, при EPftot = const

Z Ч" (J р Е р

Для начала проведем эксергетический анализ теплонасосной системы. Результаты расчетов деструкций эксергии в элементах теп­лового насоса приведены в таблице 24.10, в элементах теплонасосной системы - в таблице 24.11.

Исходя из тарифов на энергоносители (экономическая модель), определим цену эксергии в каждом компоненте, по которой она передается или удаляется из системы - таблица 24.12.

На основании данных таблиц 24.10-24.12 определяем стои­мость деструкции эксергии в элементах теплового насоса - Таблица 24.13. Суммируя все полученные результаты, строим потоковую эксергоэкономическую диаграмму теплонасосной системы - рис. 24.9.