АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ В СИСТЕМУ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В ИЗОЛИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ АРКТИКИ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ) Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

4. Прокопьев А. Р. и др. Получение турбостратного графена из пластиковых отходов //Вестник Северо-Восточного федерального университета им. МК Аммосова. - 2023. - № . 3 (21). - С. 33-41.

5. Гребенюк Г. С. и др. Интеркалирование графена на карбиде кремния кобальтом //Физика твердого тела. - 2019. - Т. 61. - № . 7. - С. 1374-1384.

6. Krystek M. Mechanical properties of cement mortar with graphene oxide //Architecture, Civil Engineering, Environment. - 2019. - Т. 12. - № . 1. - С. 91-96.

DOI: 10.24412/cl-37269-2024-1 -340-343

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ В СИСТЕМУ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В ИЗОЛИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ АРКТИКИ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)

Реев В.Г.1' 2, Васильев П.Ф.2

1 Северо-Восточный федеральный университет, Якутск 2 Институт физико-технических проблем Севера СО РАН, Якутск

[email protected]

В настоящей работе проведен анализ возможности внедрения воздушной тепловой насосной установки (ТНУ) в систему теплоснабжения в изолированных территориях Арктики Республики Саха (Якутия). Актуальность темы обусловлена необходимостью снижения расхода топлива в отопительных котельных. Проведен климатический анализ, расчет цикла воздушной ТНУ с учетом графика отопительной нагрузки, рассчитан коэффициент преобразования электроэнергии воздушной ТНУ в месяцы функционирования.

В данное время согласно указу Президента Российской Федерации «О стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года» поставлены задачи над модернизацией инфраструктуры арктических территорий в целях улучшения качества жизни местного населения.

Республика Саха (Якутия) является регионом с обширными территориями, при этом 13 муниципальных районов входят в состав Арктической зоны Российской Федерации. Площадь данных территорий составляет порядка 1,6 миллионов квадратных километров, при этом следует учесть, что население мало и концентрировано в основном в районных центрах, плотность населения оценивается всего в 0,04 человека на квадратный метр [1]. В связи с этим основной проблей данных территорий является отсутствие круглогодичной инфраструктуры. ГСМ доставляется сложной транспортной цепью и включается в себя как речную навигацию в летний период, так и транспортировку путем прокладывания автозимников в зимний период. За счет данных факторов конечная стоимость топлива для нужд генерации энергии увеличивается до 2,5 раз, при этом следует учесть и увеличение сроков доставки, доходящих до 2,5 лет для отдельных удаленных районов республики [2, 3].

В целях теплоснабжения в населенных пунктах эксплуатируются порядка 1200 отопительных котельных, в которых функционируют водогрейные котлы с тепловой мощностью 8.. .40 кВт. Основным топливом служит каменный, бурый уголь, газоконденсатное и нефтяное топливо. Следует учесть, что в некоторых районах оборудование превышает свой ресурс в части износа, таким образом общий износ оборудования на всей территории Арктики республики оценивается в 58,6% [4].

В связи с этим вопрос внедрения ресурсосберегающих технологий и рационального использования топлива в арктических территориях имеет актуальность.

В качестве исходных данных для проведения анализа были получены климатические данные из 7 населенных пунктов арктической части республики (табл. 1) [5].

Таблица 1. Среднемесячные значения температуры воздуха

Нас. пункт янв фев март апр май июнь июль авг сент окт нояб дек

Н S £ -31,1 -29,2 -26,4 -18,9 -6,4 3,1 7,6 7,4 1,5 -11 -23,8 -28,2

^ о - -36,5 -34,8 -26 -14,2 -2,3 7,7 11,2 7,9 0 -14,2 -28,2 -34,6

■г - — н о ^ -3 4,2 -32,6 -27,7 -18,7 -5,6 5,8 10,4 7,2 1 -12 -25 -32

и а Ц -36,4 -3 4,4 -24,4 -12,1 0,7 11,1 14,2 9,8 2,1 -12,1 -26,6 -34,2

U £ к -35,8 -34,5 -26,2 -15,2 -4,8 5,8 10,8 7,3 -0,3 -14,5 -27,9 -33,8

Верхоянск -47 -42,7 -29,8 -12,9 2,8 13 15,2 10, 8 2,3 -14,9 -36,7 -43,6

Оленек -37,4 -32,9 -22,2 -12,2 -1,9 9,3 14,9 10, 8 2,1 -11,6 -28,5 -33,3

Для проведения анализа возможности внедрения воздушной ТНУ предложено усреднить значения температуры воздуха в целях упрощения процесса анализа (рис. 2).

Режим работы воздушного ТНУ в зимний период ограничивается температурой воздуха. В настоящее время известны модели воздушных ТНУ, работающих до -25...-20 градусов Цельсия [6, 7]. Исходя из этого следует, что воздушные ТНУ в арктической территории Республики Саха (Якутия) могут функционировать с апреля по октябрь. Далее для проведения более точного анализа были проведены расчеты цикла воздушного ТНУ с учетом графика отопительной нагрузки (рис. 2). При проведении расчетов были использованы программы MathCad и Соо1Раск.

1=0,10 0;0 0,30 0.40 0,50 0.60 0,70 0.80 0.90 40 -20 0 20 40 60 80 100 130 140 1« 1=1,00 1,30 1,40 1,60

140 160 180 200 220 240 200 280 100 120 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560

Enthalpy [kJItg]

Рис. 2. Диаграмма цикла воздушного ТНУ с учетом графика отопительной нагрузки

Далее исходя из параметров фреона в ключевых точках цикла был рассчитан коэффициент преобразования электроэнергии (КПЭ) ТНУ (рис. 3).

к

X X

а

GQ ^^

О О

т г-

ÉL*

Ю

О ш „

а а.

х 2 х

ф

S 1 .

i¿ ф

о 0

о о

1,3

I

3,9

3,9

2,2

2,7

1,4

у sy s s s Sjryyy

бг > С? ^ 4 ^

Рис. 3. График коэффициента преобразования электроэнергии ТНУ в месяцы работы

3

Как видно из графика наибольшее значение КПЭ наблюдается в теплые месяцы, связано с температурой окружающей среды, чем теплее источник низкопотенциальной теплоты, тем эффективнее работа ТНУ, так как затрачивается меньше электрической энергии на работу привода компрессора.

Литература

1. Глотов А. В., Меркульева А. А. Проблемы и перспективы развития изолированных энергосистем Дальнего Востока: на примере энергосистемы Республики Саха (Якутия) // Вестник МФЮА.

2. К арктическим и северным относятся 13 районов республики [Электронный ресурс]. URL: https:// arktika.sakha.gov.ru/news/front/view/id/2601723 (дата обращения 22.05.2023).

3. Реев В. Г., Гунасекара У. Д. С. Анализ перспективы внедрения тепловой насосной установки в систему теплоснабжения в условиях Севера и Арктики Республики Саха (Якутия) // Грозненский естественнонаучный бюллетень. 2023. Том 8, № 4 (34). С. 107-112.

4. Слободчиков Е. Г., Мухоплев С. И. Состояние коммунального комплекса арктической зоны Якутии / Е. Г. Слободчиков // Вестник евразийской науки. 2022. Т. 14. № 6. С. 1-11.

5. Данные погоды ФГБУ Якутское УГМОС [Электронный ресурс]: URL: https://ykuthydromet.ru/o-pogode/ (дата обращения 02.05.2024).

6. Коверина А.Ю., Кретова А.Ю. Анализ стоимости тепловых насосных установок и тарифы на электрическую энергию // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 01-20 мая 2017 года. Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2017. С. 4930 4934.

7. Максимов Б.Н. Озонобезопасные хладоны в России // Fluorine Notes. 2002. V. 2 (21).

DOI: 10.24412/cl-37269-2024-1-343-350

ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИДКОСТНОЙ ПЛЕНОЧНОЙ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ПРИМЕРЕ СВАРКИ

Садыков Р.Х., Стаценко В.Н., Гридасов А.В.

ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», г. Владивосток [email protected], [email protected], [email protected]

Для снижения концентрации вредных аэрозолей (мелкодисперсных частиц) в промышленности в период освоения Арктики и северных территорий предлагается использование жидкостной нейтрализации, при которой организовано пленочное течение жидкости по вертикальным пластинам. При движении газов или загрязненного аэрозолями воздуха между пластинами пленка жидкости интенсивно абсорбирует газообразные и твердые загрязняющие вещества. На экспериментальном стенде проведено исследование интенсивности абсорбции в пленку воды сварочных аэрозолей. В экспериментах изменялись скорость газа, расход жидкости, концентрация вредных веществ в газе. В результате анализа полученных результатов было составлено обобщение полученных результатов в широком диапазоне изменения концентраций газа, расходов жидкости и скорости движения, загрязненного аэрозолями газа; обобщение получено в виде зависимости между числами Шервуда, Рейнольдса и Шмидта. По этим зависимостям возможно рассчитать коэффициенты массоотдачи при различных длинах контакта пленки воды, газа, аэрозолей и габаритные характеристики нейтрализатора вредных выбросов.

Ввиду комплексной разведки и добычи полезных ископаемых в Арктике, открытия северного морского пути, строительства новых объектов инфраструктуры промышленности и жизнедеятельности, основной фокус внимания сместился на экологическую безопасность и сохранения природного северного наследия нашей страны. Основные исследования в области экологии и безопасности жизнедеятельности, которые проводят ведущие институты нашей Родины, связаны с исследованием влияния вредных факторов на здоровье человека и предотвращением загрязнения как почвы, так и воздушного пространства. Более 70-80% загрязняющих веществ, которые проникают в почву через воздушное пространство в виде различных мелких твердых частиц, газов, выделяются за счет работы различной техники, энергетических установок, судов снабжения, строительной и перерабатывающей техники, ремонтных работ, сварки, и выбросов с различных промышленных объектов.

Выбросы образуются при различных видах промышленной или иной техногенной деятельности и поступают в воздух. Далее твердые мелкодисперсные частицы аэрозолей осаживаются на различных поверхностях и почве. Они подразделяются на виды [1, 2]:

- газовая составляющая выбросов (ГСВ) - это токсичные газы, выделяющиеся при промышленной или иной техногенной деятельности, образующие с воздушной средой газовую смесь;