CC BY
12Машиностроение и машиноведение
УДК 697.921.47
DOI: 10.30987/1999-8775-2021-5-4-14
С.Д. Галюжин, О.М. Лобикова
МЕТОДОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ С РЕКУПЕРАТОРОМ ТЕПЛА ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ
Разработан алгоритм определения экономии денежных средств при установке в системе вентиляции предприятия машиностроительной отрасли рекуператора тепла удаляемого воздуха на основе многокритериальной оптимизации параметров. Получены зависимости, позволяющие определить достоверные исходные данные для проектирования
вентиляционной установки с рекуператором тепла удаляемого воздуха для конкретных условий эксплуатации.
Ключевые слова: машиностроение, система вентиляции, рекуператор, энергоэффективность, окупаемость, конденсат.
S.D. Galyuzhin, O.M. Lobikova
COMPLEX APPROACH METHODOLOGY AT DESIGNING VENTILATING EQUIPMENT WITH HEAT RECUPERATOR FOR ENTERPRISES OF ENGINEERING INDUSTRY
There are problems unsettled by manufacturers and installers of ventilation equipment during the design and definition of economy of its use connected with the absence of taking into account specific peculiarities of conditions for its operation and definition of reliable initial data for designing that causes errors during designing and unjustified expectations of a customer.
There are obtained analytical dependences allowing the definition of reliable initial data for designing ventilation equipment with the recuperator of the heat of air removed for the specific conditions of operation in an engineering workshop.
On their basis there is developed an algorithm for the computation of money savings taking into account actual energy consumption in value terms while overcoming aerodynamic resistances, a technique for the automated choice of essential equipment is also shown.
The problem of the theoretical definition of incoming air temperature at the output of the recuperator
Tin. air re. is solved. For computation automation there is carried out an approximation of data by mean temperature Tatm during diurnal hours Tatm day and nocturnal ones Tnoct. of the day for the last ten years for the eastern areas of Belarus and regression equations are obtained.
The algorithm obtained in combination with analytical dependences for the definition of the condensate volume formed in the recuperator at the efficient arrangement of the ventilation equipment make a methodology for the complex approach at designing ventilation equipment with the heat recuperator for enterprises of engineering industry.
The methodology mentioned allows designing a ventilation system for the workshop of an engineering enterprise in accordance with specific conditions of its operation it also allows defining a reliable value of economy of funds taking into account actual loss.
Key words: mechanical engineering, ventilation system, recuperator, power effectiveness, recoupment, condensate.
Введение
Человек вдыхает и выдыхает около 20000 литров воздуха в день. При этом современные люди находятся до 70 % своего времени в помещении. Трудовая деятельность людей на предприятиях машиностроительной отрасли характеризуется ор-
ганизацией производственного процесса в замкнутых пространствах специально построенных корпусов, цехов, где требуется присутствие рабочих и специалистов в течение смены. Производственные процессы в машиностроении, как правило, характе-
ризуются выбросами в пространство рабочей зоны веществ (пары кислот, щелочей, пыль, продукты горения и т.п.), негативно сказывающихся на здоровье и производительности труда работников предприятия. Поэтому к качеству воздуха производственной среды предприятий машиностроения предъявляются требования, регламентирующие обеспечение безопасности нахождения человека на рабочем месте, исключения негативного воздействия на него вредных и опасных факторов. Для обеспечения воздухообмена, необходимого для жизнедеятельности, сохранения здоровья и гарантий эффективной трудовой деятельности работников на предприятиях машиностроения в соответствии с действующими гигиеническими нормами и техническими требованиями, требуется устройство современной системы вентиляции. В сочетании с тенденцией повышения цен на энергоресурсы и полным возмещением затрат на отопление промышленными предприятиями, к критериям оценки современных систем вентиляции производственных помещений добавляется требование экономичности и утилизации тепла воздуха, удаляемого из помещения [1, 2, 3]. Для выполнения перечисленных условий в цехах устанавливают эффективные вентиляционные системы, в которых, как правило, применяются рекуператоры, позволяющие частично утилизировать тепло удаляемого воздуха [4, 5]. Наибольшее распространение получили пластинчатые рекуператоры, имеющие существенные преимущества по сравнению с другими типами рекуператоров [1, 2, 6]. Теплообмен в рекуператоре сопровождается, как правило, образованием в нем конденсата, а при отрицательных температурах наружного воздуха - наледи и инея [7-9], которые приводят к повышению аэродинамического сопротивления вытяжного воздуховода и, как следствие, к уменьшению воздухообмена и увеличению расхода электроэнергии [8]. В итоге при отрицательной температуре наружного воздуха
Основная часть
Цель работы - создание методологии, позволяющей проектировать системы
система вентиляции цеха, снабженная пластинчатым рекуператором, практически перестает выполнять свои функции. Для проектирования надежного вентиляционного оборудования цеха необходим алгоритм, учитывающий многообразие факторов условий эксплуатации оборудования. Данная задача представляет определенную сложность из-за отсутствия комплексных методик [4-10]. Установка в систему вентиляции рекуператора влечет дополнительные затраты на приобретение, установку, обслуживание и эксплуатацию, величина которых также зависят от субъективных условий эксплуатации [7]. Определение температуры приточного воздуха на выходе рекуператора имеет определенные сложности, т. к. зависит не только от времени года, но и изменяется в течение суток. Поэтому при автоматизации расчетов по определению экономии денежных средств при установке рекуператора необходимо знать соответствующую аналитическую зависимость. Как правило, современные производители рекуператоров в интернете размещают программы подбора рекуператоров, в которых значения температуры приточного воздуха на выходе рекуператора приводятся для одной определенной величины температуры атмосферного воздуха вне помещения. При этом зависимость от температуры атмосферного воздуха вне помещения и температуры удаляемого воздуха в табличной или аналитической форме не приводится, что не позволяет автоматизировать расчет по определению экономии за определенный промежуток времени. Допущенные ошибки при выборе оборудования приводят к потерям денежных средств и неоправдавшимся ожиданиям заказчика по их экономии [11]. При проектировании современной вентиляционной системы и оценки эффективности ее применения необходим алгоритм оценки целесообразности установки рекуператора, основанный на многокритериальном подходе.
вентиляции с рекуператором тепла удаляемого воздуха на основе многокритери-
альной оптимизации параметров. Объектом исследования являются системы вентиляции производственных зданий предприятий машиностроительной отрасли, снабженные рекуператором тепла удаляемого воздуха.
Для определения тепловой энергии приточного и удаляемого потоков воздуха в механике жидкости и газа применяется понятие «мощность потока», но при этом рассматривается только потенциальная и кинетическая энергия сплошной среды, проходящей через живое сечение потока в единицу времени, без учета тепловой энергии потока. Вместе с тем, тепловая энергия потока газа в единицу времени есть тепловая мощность потока, хотя термин «тепловая мощность потока газа» в технической литературе не применяется. Данный термин удобен для дальнейших исследований, т.к. он не противоречит таким понятиям физики, как работа, энергия и мощность. Для описания изменения объема, давления и температуры приточного и удаляемого воздуха в воздуховодах и в вентиляционной установке применено уравнение Ван-дер-Ваальса, которое описывает состояние реальных газов.
Для корректной оценки целесообразности установки в энергоэффективной системе вентиляции рекуператора тепла удаляемого воздуха необходима достоверная информация о конкретных условиях эксплуатации оборудования: потери тепла при воздухообмене помещений, величина подачи удаляемого и приточного воздуха, удельные теплоемкости и температуры приточного и удаляемого воздуха, потери давления в вытяжной и приточной пневмо-линиях рекуператора, цены единиц тепловой и электрической энергий. Проектирование системы удаления конденсата, являющейся составной частью вентиляционной установки, базируется на информации о расходе образующегося конденсата в зависимости от параметров воздуха на входе и на выходе из рекуператора.
Определим тепловую мощность потоков (Вт) приточного #пр и удаляемого #уД воздуха:
^пр ^прспр—пр, 0)
^уд ^уд суд—УД, (2)
где Ьпр и Ьуа - подачи приточного и удаляемого воздуха, м3/с; Спр и суд - среднее объемные теплоемкости приточного и удаляемого воздуха, Дж/(м3-К); Тпр и Гуд - абсолютные температуры приточного и удаляемого воздуха, К.
Известно, что теплоемкости зависят от характера термодинамического процесса. Различие в теплоемкостях при постоянном давлении и при постоянном объеме при одинаковой температуре достигает 41 %, поэтому при неправильной оценке термодинамического процесса ошибка в расчетах будет существенной. В процессе движения удаляемого воздуха по воздуховодам и через элементы вентиляционной установки, особенно через рекуператор, происходит изменение давления и температуры воздуха. Это значит, что в соответствии с уравнением Ван-дер-Ваальса, которое описывает состояние реальных газов, можно утверждать, что в термодинамических процессах, имеющих место при прохождении воздуха через вентиляционную систему, также происходит изменение его объема. Поскольку количество молей воздуха при прохождении рекуператора не меняется, а их исходное количество определяется для нормальных условий, в дальнейших расчетах будем использовать удельную теплоемкость как усредненное значение объемных теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме, т.е. спр=суд=1112,4 Дж/(м3-К).
Решаем проблему устранения обмерзания вентиляционной установки с рекуператором тепла удаляемого воздуха на предприятии машиностроительной отрасли с использованием разработанной в [1214] методики и полученных зависимостей для аналитического определения расхода конденсата. Полученные с использованием программного пакета ЫШкеаё зависимости объема конденсата Ук от относительной влажности удаляемого воздуха на входе в рекуператор фрк и абсолютной температуры удаляемого воздуха на выходе из рекуператора Гвых.рк, представлены на рис. 1.
Наиболее существенное влияние -выхрк на величину объема конденсата проявляется в диапазоне температур Гвых.рк от
-20 0С до +25 °С. Примерно при Твых. рк - 2 С образование конденсата не происходит, но удаляемый воздух на выходе рекуператора является насыщенным. При дальнейшем повышении Твыхрк удаляемый воздух на выходе из рекуператора приходит в ненасыщенное состояние. При снижении относительной влажности удаляемого воздуха фрк, поступающего на вход рекуператора, происходит снижение объема конденсата.
Используя данные о продолжительности работы вентиляционной установки с
Пд (¿уд суд Туд с
рекуператором тепла удаляемого из цеха загрязненного воздуха и стоимости единицы тепловой энергии, необходимой для отопления данного цеха, получим зависимость для расчета потерь в стоимостном выражении Пд за отопительный период:
Пд = (Муд ^пр)^вЦед.т' (3) где tв - время работы вентиляционной системы, с; Цед.т - стоимость единицы тепловой энергии, денежн. ед./Дж.
С учетом зависимостей (1) и (2) уравнение (3) примет вид:
-'уд'-уд^уд
При установке рекуператора потери тепловой энергии в стоимостном выражении Пд.рк будут значительно меньше, а их
з Тпр) ^вЦе
(4)
пр пр пр> - в чед.т'
величину можно определить с помощью уравнения, аналогичному (4):
П
= (Ь
с Т — I с Т
уд.вх.рк'-'уд.вхрк-1 уд.вх.рк ^-'пр.вых.рк'-'пр.вых.рк^ пр.вых.р^ "в.рк^Лед.х
д.рк
где ^уд.вхрк и !пр.вых.рк - подача удаляемого воздуха на входе рекуператора и подача приточного воздуха на выходе рекуператора, соответственно, м3/с; суд.вхрк и Спр.вых.рк - усредненные объемные теплоемкости приточного и удаляемого воздуха на входе и выходе рекуператора, соответ-
(5)
пр.вых.рк - аб-
) ^в.ркЦ,
ственно, Дж/(м3^К); Туд.вхрк и Т солютные температуры приточного и удаляемого воздуха на входе и выходе рекуператора, соответственно, К; tв.рк - время работы вентиляционной системы с рекуператором, с.
Рис. 1. Зависимость объема конденсата Ук, образующегося при прохождении 1 м3 воздуха через рекуператор, при различных значениях температуры Твых.рк и относительной влажности удаляемого воздуха фрк
Определим потери энергии с учетом аэродинамического сопротивления вытяжной пневмолинии. Проанализируем зависимости (4) и (5 ). Для обеспечения корректности сравнения необходимо принять £уд.вх.рк - Ьуп. Следует отметить, что одним
и тем же вытяжным вентилятором данное условие обеспечить невозможно, т.к. при установке рекуператора повышается аэродинамическое сопротивление вытяжной пневмолинии и, соответственно, мощность, потребляемая вытяжным вентиля-
тором. Аналогичное рассуждение справедливо и для приточной пневмолинии при обеспечении Ьпр .вых.рк = Ьпр. Определим мощность потерь в рекуператоре Ыа.рк с помощью известной зависимости:
^.рк = КрАрпр + ¿уд Лруд, (6)
где Дрпр и Друд - потери давления в вытяжной и приточной пневмолиниях рекуператора, соответственно, Па.
Механика газа рассматривает рекуператор как аэродинамическое сопротив-
Пдэ = (¿пр ■ ^Рпр
где Цед.э - цена единицы электрической энергии, денежн. ед./Дж.
Электрическая энергия, затраченная на преодоление аэродинамических сопротивлений в пневмолиниях притока и вытяжки рекуператора будет превращаться в тепловую энергию с попутным нагревом электродвигателя вентилятора, рабочего колеса и корпуса вентилятора, а также воздуха при движении в каналах рекуператора и воздействии на него лопастей вентилятора [16]. При сравнительном анализе двух вентиляционных установок необходимо учитывать только потери давления в рекуператоре, т. к. потери давления в остальных элементах вентиляционной установки имеют место как при установке рекуператора, так и без него.
Разработанная компоновка вентиляционной установки с рекуператором, приведенная на рис. 2, позволяет наиболее эффективно передать это тепло приточному воздуху [12].
ление, при преодолении которого воздух из-за внутреннего трения нагревается. Данное явление учтено производителями вентиляционного оборудования в соответствующих температурных показателях на выходе рекуператора [15]. Определим потери электроэнергии в стоимостном выражении Пдэ, связанные с преодолением данных аэродинамических потерь:
+ !уд ■^Руд ^.ркЦ^ (7)
Следует отметить, что в условиях машиностроительного производства при установке рекуператора 4 или без установки вентиляционная установка в любом случае снабжается фильтрами 5 и 6, т.к. в воздух рабочей зоны содержит пыль и необходимо соблюдать экологические требования к воздуху, выбрасываемому в атмосферу. Кроме того, приточный воздух, поступающий в производственное помещение, долен удовлетворять санитарным требованиям по содержанию пыли. Также наличие пыли в воздухе, подаваемом в рекуператор, приводит к засорению его каналов и, соответственно, к снижению теплопроводности стенок. При использовании рекуператора на производствах с использованием открытого огня или искрообра-зующего оборудования перед входом удаляемого воздуха в вентиляционную установку необходимо устанавливать искрогасители.
Рис. 2. Энергоэффективная компоновка вентиляционной установки цеха 1 - корпус; 2, 3 - вентиляторы; 4 - рекуператор; 5, 6 - фильтры; 7 - каплеуловитель; 8 - дренажный поддон; 9 - нагреватель; 10 - жалюзи; 11 - дренажный трубопровод
Следует отметить, что для эффективного протекания процессов теплопередачи стенки корпуса вентиляционной установки 1 должны иметь соответствующее утепление стенок. Таким образом, около % тепловой энергии, которая образуется в результате внутреннего трения в аэродина-
мических сопротивлениях рекуператора, будет утилизироваться путем передачи приточному воздуху [8].
Проведенный анализ позволяет определить действительные потери в стоимостном виде, а зависимость (3) представить в следующем виде:
Пдд = (¿пр ■ ЛРпр + 0,5!уд
Окончательно, потери тепловой энергии в стоимостном выражении Пдд.рк при установке рекуператора можно будет определить с помощью следующей зависимости:
Пдд.рк = Пд.рк + Пдд, (9)
Тогда экономия денежных средств из-за уменьшения потерь тепла, вызванная установкой рекуператора будет равна:
Эд = Пд - Пдд.рк, (10)
Проанализируем подготовку данных для расчета Эд с помощью зависимостей (3), (4), (8), (9) и (10). Подачи приточного Ьпр и удаляемого Ьуд воздуха определяются исходя из технического задания на проектирование системы вентиляции при создании или реконструкции здания цеха. Для воздуха удельные теплоемкости определены ранее и составляют Спр=суд =1112,4 Дж/(м3-К). Температура удаляемого воздуха Гуд нормируется в соответствии с нормативными документами, регламентирующими параметры микроклимата помещений [17-19]. Для корректности сравнения необходимо принять ГуД=Гуд.вх.рк. С достаточной степенью точности для расчетов можно принять, что температура удаляемого воздуха Гуд равна температуре воздуха в помещении - п. Температура приточного воздуха - пр практически равна температуре атмосферного воздуха вне помещения Гатм, т.е. Гпр = -атм. Определение температуры приточного воздуха на выходе рекуператора Гпр.выхрк имеет определенные сложности и решение этой проблемы будет рассмотрено ниже. Хотя в некоторых случаях - пр.вых.рк можно определить с помощью технической документации на рекуператор. Потери давления в вытяжной Друд и приточной Дрпр пневмолиниях рекуператора также берутся из технической документации на рекуператор. Цены еди-
ЛРуд ) ^в.рк(Це
Ц ),
(8)
уд! в.ркч ^ед.э
ниц тепловой Цед.т и электрической Цед.э энергий принимаются в соответствии с действующими в стране тарифами. При расчетах Эд и определении срока окупаемости рекуператора необходимо принимать ^в=^в.рк, что обеспечит корректность расчетов. Схема разработанного алгоритма расчета представлена на рис. 3.
Рис. 3. Алгоритм определения экономии денежных средств при установке в системе вентиляции цеха рекуператора тепла удаляемого воздуха
Поскольку - атм зависит от времени года, а также изменяется в течение суток, при автоматизации расчетов по определению Эд необходимо знать соответствую-
щую аналитическую зависимость. С этой целью проведена аппроксимация данных по средней температуре Татм в дневное
Татм.дн и ночное время Татм.нч суток за последние 10 лет для восточных районов Беларуси и получены уравнения регрессии:
Т
атм.дн = -2,30 • 10 п4 + 1,21 • 10 п3 - 6,92 • 10-4п2 - 0,24п + 293,14, (11)
= -2,10 • 10-8п4 + 1,20 • 10-5п3
1,22 • 10-3п2
0,14п + 286,53, (12)
где n - номер дня (n=1 первого сентября, Птах 365).
Как правило, современные производители рекуператоров в интернете размещают программы подбора рекуператоров, в которых значения Тпр.вых.рк приводятся для одной определенной величины Татм. При этом зависимость Тпр.вых.рк ./(Татм, Туд) в табличной или аналитической форме не приводится, что не позволяет автоматизировать расчет по определению Эд за определенный промежуток времени.
Рассмотрим процесс теплопередачи в рекуператоре. В пластинчатых рекуператорах теплопередача происходит через однослойную плоскую стенку с неизменной ее толщиной. Удельный тепловой поток (тепловой поток в единицу времени) q (Дж/с) при этом определяется по известной формуле:
(13)
где X - теплопроводность материала стенки, Вт/(м-К); 5 - толщина стенки, м; S -площадь стенки, через которую происходит теплопередача, м2;
Следует отметить, что в процессе теплообмена между удаляемым и приточным воздухом их температура меняется, поэтому уравнение (13) справедливо для элементарной площадки стенки dS, в пределах которой температуры Туд и Тпр можно считать неизменными. При постоянных значениях температуры атмосферного воздуха Татм и температуры в помещении Тп на данной элементарной площадке dS термодинамический режим будет стационарным, т.е. dq = const, а зависимость dq от температурного напора ДТН = Туд - Тпр будет линейной. Такие же рассуждения будут справедливы и для других элементарных площадок.
Рассмотрим изменение тепловой мощности потока приточного М^.рк воздуха при его движении в каналах рекупера-
тора. Данная мощность при входе в рекуператор будет равна:
-^пр.вхрк ¿пр.вх.рк ^пр.вх.рк Тпр.вх.рк, (14)
По мере прохождения через рекуператор Жпр.рк будет увеличиваться и на выходе из рекуператора станет равной:
-^пр.выхрк ¿пр.вых.рк ^пр.вых.ркТпр.вых.рк ,(15)
где Тпр.вых.рк - подача приточного воздуха при выходе из рекуператора, м3/с; спр.вых.рк - средняя объемная теплоемкость приточного воздуха на выходе рекуператора, Дж/(м3-К);
При прохождении приточного воздуха через рекуператор его средняя объемная теплоемкость изменяется крайне незначительно, т.е. можно считать, что Спр.вхрк ~ Спр.вых.рк. Также, с точки зрения изменения тепловой мощности, незначительно меняется и подача приточного воздуха. Поэтому можно считать, что Тпр .вх.рк ~ Тпр.вых.рк.
При совместном рассмотрении зависимостей (13), (14) и (15) можно сказать, что зависимость изменения температуры приточного воздуха на выходе пластинчатого рекуператора Тпр.вых.рк от температуры атмосферного воздуха Татм, которая будет примерно равна температуре приточного воздуха Тпр.вхрк на входе в рекуператор, будет практически линейной в случае неизменной температуры в помещении Тп.
Кроме того, процесс теплопередачи в рекуператоре будет происходить до тех пор, пока температура атмосферного воздуха не станет равной температуре воздуха в помещении, т.е. Татм.0 - Тп. При этом температура на выходе рекуператора Тпр.вх.рк.0 будет практически равна Татм.0.
Данные рассуждения означают, что зная Татм. 0, т.е. температуру атмосферного воздуха, равную температуре воздуха в помещении Тп, температуру атмосферного воздуха Татм.1 и температуру приточного воздуха на выходе рекуператора Тпр.вых.рк.1,
определенные с помощью программы подбора пластинчатого рекуператора, можно рассчитать любое значение Гпр.выхрк в зависимости от - атм в диапазоне температур от
Гатм1 до Гатм0 с помощью известной зависимости нахождения уравнения прямой по известным координатам двух точек:
-
пр.вых.рк
Гатм.0 (Гатм Гатмо)
Гатм.0 Гпр.вых.рк.1
(16)
Определим потери в денежном выражении для среднего по размерам промышленного цеха, расположенного в городе, с воздухообменом Ьпр = Ьуд = 38000 м3/ч = 10,56 м3/с (подача приточного воздуха принимается больше подачи удаляемого воздуха для исключения сквозняков в цехе). Отопление цеха производится от городской теплосети. Для определения средней температуры в цехе воспользуемся нормативными документами [17-19], приняв категорию работ 11а. В холодный период года средняя оптимальная температура в цехе должна быть Т„=20 °С = 293,15 К. Это численное значения Тп примем для дальнейших расчетов. Стоимость 1 Гкал в 2020 году для предприятий составила 88,99 БУК. При температуре наружного воздуха минус 22 °С=253,15 К потери за 8-часовую смену в стоимостном выражении при отсутствии рекуператора, определенные с помощью зависимости (4), будут равны 287,64 БУК.
Предположим, что система вентиляционной установки цеха оборудована рекуператором КИ^епЪи^ РЖТ 25, в кото-
ром при данной подаче удаляемого и приточного воздуха и температуре наружного воздуха -22 °С=253,15 К происходит повышение температуры приточного воздуха с Туд.вых.рк 3,5 °С=269,65 К до Гпр.вых.рк = + 4,8 °С = 277,95 К [20]. В этом случае потери, рассчитанные с использованием уравнений (5), (8), (9) будут равны 114,98 БУК, а экономия за 8-часовую смену составит 172,66 БУК. С учетом изменения температуры наружного воздуха в пределах отопительного сезона Гатм в дневное Гатм.дн и ночное время Гатм.нч суток за последние 10 лет для восточных районов Беларуси и полученных зависимостей (11), (12) и (16) экономия денежных средств за отопительный сезон составит 17207,6 БУК.
Необходимо учитывать, что установка рекуператора в систему вентиляции цеха приведет к дополнительным затратам заказчика. Для расчета срока окупаемости определим данные дополнительные затраты на энергоэффективное оборудование и полученную экономию на отопление (таблица).
Таблица
Расчет срока окупаемости устройства энергоэффективной системы вентиляции цеха
Г.
Г
атм.0
атм.1
Наименование показателя Значение показателя, единица измерения
Единовременные затраты (приобретение рекуператора KlingenЪurg РШТ 25, монтаж, комплектующие) 8570 Евро / 19412 БУК
Экономия денежных средств из-за уменьшения потерь тепла, вызванная установкой рекуператора (за отопительный период при 2-х сменном режиме работы) 7597,04 Евро / 17207,6БУК
Срок окупаемости 1,1 года
В условиях рыночной экономики основополагающими факторами для заказчика при принятии решения о проектировании и дальнейшем применении современной вентиляционной системы на предприятии становится полученная экономия денежных средств за счет экономии тепла и снижении затрат на отопление с учетом
действительных потерь, а также минимальный срок окупаемости вложенных денежных средств. Срок окупаемости в рассматриваемом примере установки рекуператора в системе вентиляции цеха получили немногим более одного отопительного периода, что свидетельствует об эффективности реализации данного проекта.
Заключение
Применение эффективных систем вентиляции обусловлено требованиями обеспечения здоровых и безопасных условий труда людей на предприятии машиностроительной отрасли. Однако их использование приводит к дополнительным затратам на приобретение, установку и обслуживание. Также существуют нерешенные производителями-установщиками вентиляционного оборудования проблемы при проектировании и определении экономии от его применения, связанные с отсутствием учета конкретных особенностей условий его эксплуатации, и достоверностью исходных данных для проектирования, что приводит к ошибкам при проектировании и неоправдавшимся ожиданиям заказчика.
Разработана методология комплексного подхода при проектировании вентиляционной установки с рекуператором тепла для предприятий машиностроительной отрасли на основе многокритериальной оптимизации параметров. Получены аналитические зависимости, позволяющие определить достоверные исходные данные для проектирования вентиляционной установки с рекуператором тепла удаляемого воздуха, для фактических условий эксплуатации. На их основе разработан алгоритм расчета экономии денежных средств с учетом действительных потерь и автоматизированный подбор необходимого оборудования. Решена проблема определения тем-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кобелев, Н. С. Расчет и выбор энергосберегающего оборудования систем теплогазоснабже-ния и вентиляции населенных пунктов / Н. С. Кобелев, С. С. Федоров, В. Н. Кобелев. - Курск: Изд-во ЮЗГУ, 2015. - 322 с.
2. Miseviciu, V. Analysis of ventilation system's heat exchangers integration possibilities for heating season / V. Miseviciute, V. Martinaitis // Pap. of the 8th International Conference «Environmental Engineering», 2011. May 19-20. - Vilnius: Lithuania, 2011. - Vol. 2. - Pp. 781-787.
3. Lobikova, N. Feasibility of using heating systems in energy-saving houses in Belarus / N. Lobikova // Progress through Innovations. Proceedings 2019 VIII-th International Academic and Research Conference of Graduate and Postgraduate tudents. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. - С. 111-113.
пературы приточного воздуха на выходе рекуператора Тпр.вых.рк. Для автоматизации расчетов проведена аппроксимация данных по средней температуре Татм в дневное Татм.дн и ночное время Татм.нч суток за последние 10 лет для восточных районов Беларуси и получены уравнения регрессии. Разработанная методология с учетом небольшой корректировки данных может также использоваться и для климатических условий средней полосы России.
Полученный алгоритм в сочетании с применением разработанных ранее в [1214] аналитических зависимостей объема образующегося конденсата и эффективной компоновкой вентиляционной установки (рис.2) позволяет запроектировать систему вентиляции цеха предприятия машиностроения в соответствии конкретными условиями ее эксплуатации, определить точную сумму экономии денежных средств с учетом действительных потерь и минимизировать потери, связанные с проблемой обмерзания вентиляционной установки.
При проведении обоснования установки рекуператора в систему вентиляции цеха машиностроительного предприятия для холодного периода года получили экономию при двухсменной работе более 17 тыс. БУК (7,6 тыс. Евро) за отопительный сезон и срок окупаемости дополнительных затрат менее двух отопительных сезонов.
4. Dylewski, R. Economic and ecological indicators for thermal insulating building investments / R. Dylewski, J. Adamczyk // Energy and Buildings. -2012.- № 54- С. 88-95. - DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.07.021.
5. Puring, S. M. Parameter choice optimization of ventilating air cleaning equipment while designing and constructing industrial buildings / S. M. Puring, D. N. Vatuzov, N. P. Tyurin // Procedia Engineering. - Elsevier BV, 2016. - Т.15. - С. 563-568. -DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.192.
6. Gorshkov, A. Using life-cycle analysis to assess energy savings delivered by building insulation / A. Gorshkov, N. Vatin, D. Nemova, A. Shabaldin, L. Melnikova, K. Paramonov // Procedia Engineering. - 2015. - № 1 (117). - С. 1085-1094.
7. Баканова, С. В. Оценка экономической целесообразности установки в системе вентиляции
здания пекарни рекуператора / С. В. Баканова, П. О. Баранов // Образование и наука в современном мире. Инновации. - 2018. - №2(15). - С. 139-145.
8. Галюжин, С. Д. Экономическая выгода мероприятий повышения энергетической эффективности систем вентиляции / С. Д. Галюжин, Н. В. Лобикова, О. М. Лобикова // Казахстан-Холод 2019: сб. докл. межд. науч.-техн. конф., 20-21 февраля 2019 г. - Алматы: АТУ, 2019. - С. 104110.
9. Сазонова, А. А. Применение рекуператоров тепла в системах обеспечения микроклимата /
A. А. Сазонова, К. В. Кельвина // Научный альманах. - 2016. - №4-3(18). - С. 178-181. - DOI: 10.17117/na.2016.04.03.178.
10. Самарин, О. Д. О новом подходе к учету конденсации водяных паров при тепловом расчете воздухоохладителей / О. Д. Самарин // Известия высших учебных заведений. Строительство. -2016. - №2 (686). - С. 67-73.
11. Галюжин, С. Д. Целесообразность использования современных энергосберегающих систем вентиляции при строительстве и реконструкции зданий / С. Д. Галюжин, Н. В. Лобикова, О. М. Лобикова, А. С. Галюжин // Вестник науки и образования Северо-Запада России. - 2018. - Т. 4. - №4. - С. 1-8.
12. Галюжин, С. Д. Определение исходных данных для проектирования устройства удаления конденсата из рекуператора вентиляционной установки / С. Д. Галюжин, Н. В. Лобикова, О. М. Лобикова // Вестник Белгородского государственного технологического университета им.
B.Г. Шухова. - 2019. - № 7. - С.63-71. - DOI: 10.34031/article_5d35d0b6901803.57308546.
13. Галюжин, С. Д. Методика определения объема конденсата, образующегося при прохождении удаляемого воздуха через рекуператор вентиляционной установки / С. Д. Галюжин, Н. В. Ло-
1. Kobelev, N. S. Computation and Choice of Energy-Saving Equipment of Heat - Gas Supply and Ventilation Systems for Settlements / N.S. Kobelev, S.S. Fyodorov, V.N. Kobelev. - Kursk: S-WSU Publishers, 2015. - pp. 322.
2. Miseviciu, V. Analysis of ventilation system's heat exchangers integration possibilities for heating season / V. Miseviciute, V. Martinaitis // Pap. of the 8th International Conference «Environmental Engineering», 2011. May 19-20. - Vilnius: Lithuania, 2011. - Vol. 2. - pp. 781-787.
3. Lobikova, N. Feasibility of using heating systems in energy-saving houses in Belarus / N. Lobikova // Progress through Innovations. Proceedings 2019 VIII-th International Academic and Research Conference of Graduate and Postgraduate Students. -Novosibirsk: NSTU Publishers, 2019. - pp. 111113.
4. Dylewski, R. Economic and ecological indicators for thermal insulating building investments / R. Dylewski, J. Adamczyk // Energy and Buildings. -
бикова, О. М. Лобикова, А. С. Галюжин // Вестник Брестского государственного технического университета. - 2019. - №2. - С. 97-100.
14. Лобикова, Н. В. Гидравлический расчет системы удаления конденсата вентиляционной установки / Н. В. Лобикова, С. Д. Галюжин, О. М. Лобикова // Вестник Белорусско-Российского университета. - 2020. - №2 (67). - С. 60-67.
15. Сжатый воздух и компрессоры - компендиум. Текст : электронный. - URL: http ://www. immertechnik. ru/support/compendium/i ndex_ (дата обращения: 10.03.2019).
16. Патент BY № 10237 МПК F 24F 3/147. Установка для вентиляции и кондиционирования воздуха/А. В. Евдокимов, Д. С. Галюжин, С. Д. Галюжин, заявка u 20131063, заявл. 11.12.2013; зарегистр. 15.05.2014.
17. ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
18. Санитарные нормы и правила. Требования к контролю воздуха рабочей зоны : утв. Пост. Мин-ва здравоохранения РБ от 11 октября 2017 г. №92. - Текст : электронный. - URL: http ://www. ohrana-truda.by/topic/5546-utverzhdeny-novye-sanitarnye-normy-i-pravila-t (дата обращения: 10.01.2019).
19. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Гигиенические нормативы : утв. Пост. Мин-ва здравоохранения РБ от 11 октября 2017 г. №92. -Текст электронный. - URL: Adobe Acrobat Reader. URL: http://www.ohrana-truda.by/topic/5546 (дата обращения: 10.01.2019).
20. Каталог оборудования Klingenburg. Рекуперация тепла пластинчатыми теплообменниками.
- Текст : электронный. - URL: https://www.c-o-k.ru/library/catalogs/klingenburg/10825 (дата обращения 01.12.2018).
2012.- № 54- С. 88-95. - DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.07.021.
5. Puring, S. M. Parameter choice optimization of ventilating air cleaning equipment while designing and constructing industrial buildings / S. M. Puring, D. N. Vatuzov, N. P. Tyurin // Procedia Engineering. - Elsevier BV, 2016. - Т.15. - С. 563-568. -DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.192.
6. Gorshkov, A. Using life-cycle analysis to assess energy savings delivered by building insulation / A. Gorshkov, N. Vatin, D. Nemova, A. Shabaldin, L. Melnikova, K. Paramonov // Procedia Engineering.
- 2015. - № 1 (117). - С. 1085-1094.
7. Bakanova, S.V. Economic purposefulness estimation of recuperator bakery installation in ventilation system of building / S.V. Baranova, P.O. Baranov // Education and Science in Modern World. Innovations. - 2018. - No.2(15). - pp. 139-145.
8. Galyuzhin, S. D. Economic benefit of measures for power effectiveness increase in ventilation systems / S.D. Galyuzhin, N.V. Lobikova, O.M. Lobikova //
Kazakhstan-Cold 2019: Proceedings of the Inter. Scientif.-Tech. Conf., 20-12 February, 2019. - Almaty: ATU, 2019. - pp. 104-110.
9. Sazonova, A. A. Heat recuperator use in systems of micro-climate control / A.A. Sazonova, K.V. Kel-vina // Scientific Anthology. - 2016. - No.4-3(18). -pp. 178-181. - DOI: 10.17117/na.2016.04.03.178.
10. Samarin, O .D. On new approach to taking into account water vapor condensation at heat computation of air coolers / O.D. Samarin // College Proceedings. Construction. - 2016. - No. 2(686). - pp. 67-73.
11. Galyuzhin, S. D. Purposefulness in use of modern energy-saving ventilation systems at reconstruction and building construction / S. D. Galyuzhin, N. V. Lobikova, O. M. Lobikova, A.S. Galyuzhin // Bulletin of Science and Education of North-West of Russia. - 2018. - Vol.4. - No.4. - pp. 1- 8.
12. Galyuzhin, S. D. Initial data definition for design of device for condensate elimination from recuperator of ventilation equipment / S.D. Galyuzhin, N.V. Lobikova, O.M. Lobikova // Bulletin of Shukhov State Technological University of Belgorod. - 2019. - No.7. - pp. 63-71. - DOI: 10.34031/article_5d35d0b6901803.57308546.
13. Galyuzhin, S. D. Procedure for definition of condensate volume formed at air removed passing through recuperator of ventilation equipment / S.D. Galyuzhin, N.V. Lobikova, O.M. Lobikova, A.S. Galyuzhin // Bulletin of Brest State Technical University. - 2019. - No.2. - pp. 97-100.
14. Lobikova, N. V. Hydraulic computation of system for condensate removal from ventilation equipment
Ссылка для цитирования:
/ N.V. Lobikova, S.D. Galyuzhin, O.M. Lobikova // Bulletin of Belorussian-Russian University. - 2020. - No.2(67). - pp. 60-67.
15. Compressed Air and Compressors - Compendium. Text: electronic. - URL: http ://www. immertechnik.ru/support/compendium/i ndex (address date: 10.03.2019).
16. Patent By No. 10237 IPC F 24F 3/147. Air Conditioning and Ventilation Installation / A.V. Yevdo-kimov, D.S. Galyuzhin, S.D. Galyuzhin, application 20131063, applied: 11.12.2013; registered: 15.05.2014.
17. GOST 12.1.005-88. System of Labor Safety Standards (SLSS). General Sanitary and Hygienic Requirements to Air in Work Area.
18. Sanitary Standards and Roles. Requirements to Air Control of Work Area: approved by Health Ministry of the RB of 11 October, 2017, No.92 -Text: electronic. - URL: http://www.ohrana-truda.by/topic/5546-utverzhdeny-novye-sanitarnye-normy-i-pravila-t (address date: 10.01.2019).
19. Maximum Concentration Limit of Detrimental Compounds in Air of Work Area. Hygienic Standards: approved by Reg. of Health Ministry of the RB of 11 October, 2017, No. 92. - Text: electronic. - URL: Adobe Acrobat Reader. URL: http://www.ohrana-truda.by/topic/5546 (address date: 10.01.2019).
20. Equipment Catalogue Klingenburg. Heat Recovery with Plate-type Heat Exchangers. - Text: electronic. URL: https://www.c-o-k.ru/library/catalogs/klingenburg/10825 (address date: 01.12.2018).
Галюжин, С.Д. Методология комплексного подхода при проектировании вентиляционной установки с рекуператором тепла для предприятий машиностроительной отрасли / С.Д. Галюжин, О.М. Лобикова //Вестник Брянского государственного технического университета. - 2021. - № 5. - С. 4 - 14. DOI: 10.30987/1999-87752021-5-4-14
Статья поступила в редакцию 08.02.21. Рецензент: к.т.н., доцент Брянского государственного технического университета
Пугачев А.А.,
член редсовета журнала «Вестник БГТУ». Статья принята к публикации 26.04.21.
Сведения об авторах:
Галюжин Сергей Данилович, к.т.н., доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности», Белорусско-Российский университет, г. Могилев, e-mail: serg. galuj in@yandex. ru.
Galyuzhin Sergey Danilovich, Can. Sc. Tech., Assistant Prof. of the Dep. "Life Safety", Belorussian-Russian University, Mogilyov, e-mail: serg.galujin@yandex.ru.
Лобикова Ольга Михайловна, ст. преподаватель кафедры «Промышленное и гражданское строительство», «Белорусско-Российский университет», г. Могилев, e-mail: olg.lobikova@yandex.ru.
Lobikova Olga Mikhailovna, Senior lecturer of the Dep. "Industrial and Civil Engineering", Belorussian-Russian University, Mogilyov, e-mail: olg.lobikova@yandex.ru.
