CC BY
21
Електротехнiчнi комплекси та системи. Силова електронка
УДК 621.316:629.4.048.7 doi: 10.20998/2074-272X.2018.2.04
А.М. Андрющенко, В.Р. Шкульшин, А.£. Денисова
ПЕРЕВАГИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРИЧНОГО ОПАЛЕННЯ З Н1ЧНИМ АКУМУЛЮВАННЯМ ТЕПЛОТИ В УМОВАХ УКРА1НИ
Мета. Мета достдження - розробка системи електричного опалення з шчним акумулюванням теплоти та обГру-нтування ТТ енергозбериаючого характеру в пор1внянт з ншими можливими вар1антами опалення. Методика. Методика заснована на сучасних стандартах УкраТни i включае наступн основн допущення: коефщ1ент корисноТ ди електричного котла приймаеться рiвним 100 %; залежшсть опалювального навантаження будiвлi <;i<) зовжшньо'Т температури вважаеться лШйною; для в^х розрахункових вчр'кшпив опалення, що використовують рiзнi енерге-тичт ресурси, режим роботи системи опалення вiдстежуе погодн умови вiдповiдно до температури зовшшнього повiтря. Методика передбачае визначення основних техжчних характеристик системи з урахуванням можливостi включення електричного бойлера в денний час на половину розрахункового навантаження. Результати На основi запропонованого методу була розроблена розрахункова програма для визначення щом^ячного теплоспоживання будiвлi i розрахунку вартост1 опалення при використанш рiзних енергетичних ресурав. Ця програма також дозво-ляе зктавляти вартост1 центральзованого теплопостачання як по теплот1, що спожита, так i при оплат1 за величиною опалювальноТ площ1 Наукова новизна. Вперше наведен метод i програма розрахунку систем електро-опалення з нчним акумулюванням теплоти, що враховують дiючi стандарти УкраТни та дозволяють визначати основн техн1чн1 характеристики системи, а також розраховувати вартост1 опалення при використанж рiзних видiв енергетичних ресурсш. Практичне значення. Використання запропонованоТ методики дозволяе проектувати енергозберiгаючi системи електричного опалення з нчним акумулюванням теплоти. Наведено чисельний приклад для реальных погодних умов м Киева. Доведено, що термт окупност1 переходу на електроопалення для варiанту замни централiзованого теплопостачання з оплатою за спожиту теплоту складае менше, тж 3 роки, для варiа-нту замни центражзованого теплопостачання з оплатою за опалювальну площу складае менш, тж 1 рж. Бiбл. 10, табл. 4, рис. 2.
Ключовi слова: енергозбереження, електроопалення, шчна акумулящя теплоти, витрати на pi3Hi види енергетичних ресурав.
Цель. Цель исследования - разработка системы электрического отопления с ночным аккумулированием теплоты и обоснование ее энергосберегающего характера по сравнению с другими возможными вариантами отопления. Методика. Методика основана на современных стандартах Украины и включает следующие основные допущения: коэффициент полезного действия электрического котла принимается равным 100 %; зависимость отопительной нагрузки здания от внешней температуры считается линейной; для всех расчетных вариантов отопления, использующих различные энергетические ресурсы, режим работы системы отопления отслеживает погодные условия в соответствии с температурой наружного воздуха. Методика предусматривает определение основных технических характеристик системы с учетом возможности включения электрического бойлера в дневное время на половину расчетной нагрузки. Результаты. На основе предложенного метода была разработана расчетная программа для определения ежемесячного теплопотребления здания и расчета стоимости отопления при использовании различных энергетических ресурсов. Эта программа также позволяет сопоставлять стоимости централизованного теплоснабжения как по потребленной теплоте, так и при оплате по величине отапливаемой площади. Научная новизна. Впервые приведены метод и программа расчета систем электроотопления с ночным аккумулированием теплоты, учитывающие действующие стандарты Украины и позволяющие определять основные технические характеристики системы, а также рассчитывать стоимости отопления при использовании различных видов энергетических ресурсов. Практическое значение. Использование предлагаемой методики позволяет проектировать энергосберегающие системы электрического отопления с ночным аккумулированием теплоты. Приведен численный пример для реальных погодных условий г. Киева. Показано, что срок окупаемости перехода на электроотопление для варианта замены централизованного теплоснабжения с оплатой за потребленную теплоту составляет менее 3 лет, для варианта замены централизованного теплоснабжения с оплатой за отапливаемую площадь составляет менее 1 года. Библ. 10, табл. 4, рис. 2.
Ключевые слова: энергосбережение, электроотопление, ночная аккумуляция теплоты, расходы на разные виды энергетических ресурсов.
Вступ. Pi3Ke i нерiвномiрне подорожчання вар-тост! рiзних видiв енергоресурав, як використову-ються для опалення, спонукае до пошуку альтернати-вних економiчних ршень.
Знизити витрати на опалення можна за рахунок зниження втрат теплоти огороджувальними констру-кщями будiвель в результат !х термомодершзаци [1], а також за рахунок переходу на використання альтер-нативних енергетичних ресурав.
Серед альтернативних варiантiв, в першу чергу для великих мют, в останш роки розглядаються елек-тричне опалення з шчним акумулюванням теплоти [2]
i електричний тда^в теплоно^ в шчний час в системах централ1зованого теплопостачання.
В обох випадках буде досягатися ефект вирiвню-вання добового графша електричного навантаження об'еднано! енергосистеми Украши, що сприятливо позначиться на И робот за рахунок бшьш повного завантаження укранських АЕС, що виробляють елек-троенерпю за найнижчою варпстю в порiвняннi з шшими видами генераци. Ще одним позитивним аспектом застосування електроопалення за умови його достатнього поширення, е економiя природного газу.
© А.М. Андрющенко, В.Р. Шкульшин, А.€. Денисова
Було розглянуто найбшьш простий варiант елек-троопалення - використання ТЕНiв, а не теплових насоав.
Тепловi насоси, як вщомо, дозволили б приблиз-но в три рази зменшити витрати електроенерги на опалення, але при цьому мали б вимагати багатотися-чних доларових вкладень з термшом окупностi ввд 3 рошв i бiльше, що в нишшнш економiчнiй ситуаци для Украши мало прийнятне.
Проблема пошуку ефективних ршень для рiзних систем опалення е актуальною протягом останнiх де-сятилиъ i залишатиметься такою в найближчому доступному для огляду майбутньому.
Число публiкацiй з цiеi тематики обчислюеться десятками тисяч. Тому коротко зупинимося тшьки на деяких з них.
Значна частина публжацш присвячена системам централiзованого опалення (як вщ ТЕЦ, так i вiд котелень).
Особливий iнгерес для дано! роботи представляють публiкацii, в тому числ i вiтчизнянi, в яких розглянуп питання електроопалення з акумулящею теплоти.
В [3] проведено пошуки рацiоналъних комбша-цiй систем електроопалення з поновлюваними джере-лами енергп, економiчно обгрунтованi тарифи для опалення наведет в [4], в [5] - оцшеш можливостi рационального компонування теплоаккумуляторов з системами електроопалення, в [6] - показан можли-востi врахування потреби гарячого водопостачання в системах електроопалення, в [7] - оцшений вплив ринкових факторiв на ефективнiстъ систем електроопалення, в [8] - показаш можливосл ефективного використання теплоаккумуляторов як для електро-опалення, так i гарячого водопостачання.
На вщмшу ввд них в данш робот акцент зроблений не на теоретичний опис розрахунку самих систем опа-лення, а на практичнi результата таких розрахунюв.
Звiдси виникае наступна проблема - визначення необхiдного опалювального навантаження будiвлi (незалежно ввд конкретного виду використано! внут-ршньобудинково1 системи опалення), порiвняння на цiй основi рiзних можливих варiантiв пвдведення теплоти до будiвлi i вибору найб№ш економiчного з них.
Мета дослщження - обгрунтування енергозберь гаючого характеру системи електричного опалення з шчним акумулюванням теплоти в порiвняннi з шши-ми можливими варiантами опалення.
Для досягнення поставлено! мети повинш бути вирiшенi наступнi завдання:
• розробити метод i програму розрахунку для визначення основних техшчних характеристик (корис-ний об'ем бака-акумулятора гарячо! води i потужшсть електронагрiвача) електросистеми опалення з акуму-лятором теплоти та облiком електроенерги по тризон-ному тарифу;
• порiвняти вартостi централiзованого теплопоста-чання з газовим опаленням, з цшодобовим електрич-ним опаленням при обл^ електроенергil по однозон-ному тарифу, а також з пелетним опаленням;
• привести чисельний приклад розрахунку i порiв-няльний аналiз витрат на опалення офiсноi будiвлi,
розташованоi в м. Киевi (за реальними погодними умовами в цьому мюп) i показати переваги системи опалення з шчним теплоакумулюванням.
Короткий опис системи електроопалення з акумулятором теплоти. Зарядка теплового акумуля-тора [9] (рис. 1) проводиться при включенш електро-котла i циркуляцiйного насоса зарядного контуру, переважно в нчний час.
Подача теплонос1я до опалювальних приладiв будiвлi забезпечуеться циркуляцiйним насосом витра-тного контуру безперервно протягом всього опалювального сезону.
Тепловий акумулятор
Триходовий електроклапан
До
опалювальних приладiв
V
Рис. 1. Принципова схема сисгеми електричного опалення з водяним тепловим акумулятором
Схемою передбачено погодне регулювання тем-ператури теплонос1я, що подаеться до опалювальних прилащв за рахунок пiдмiшування частини поворотного теплонос1я за допомогою триходового електро-клапана.
Тим самим забезпечуеться енергозбер^аючий режим роботи i необхiдне опалювальне навантаження системи в залежносп вiд температури зовнiшнъого повпря.
Метод розрахунку. У розрахунку прийняп на-ступнi допущення:
• тепловий акумулятор i електрокотел розташованi безпосередньо в опалювальному примiщеннi, тому не враховуються втрати теплоти через теплову iзоляцiю акумулятора i через поверхню електрокотла;
• ефективнiстъ електрокотла прийнята р1вною 100 %;
• залежнють опалювального навантаження будiвлi вiд температури зовшшнього повiтря мае лiнiйний характер: зовшшнш температурi +18 °С вщповщае нульове опалювальне навантаження, мiнiмалънiй роз-рахунковiй температурi зовнiшнъого повiтря вщповь дно до статистичних клiматичними даними [10] в1д-пов1дае 100 % -ве опалювальне навантаження будiвлi;
опалення працюе тшьки при температурах зовшшнього повиря нижче +8 °С;
• передбачаеться, що при вах варiантах викорис-тання рiзних енергоресурав система працюе в режимi адекватного погодного регулювання;
• корисна рiзниця температур теплоносiя в повшс-тю зарядженому тепловому акумуляторi i повнютю розрядженому прийнята рiвною 35 К;
• розрахунок поточного значення температури теп-лоноая в об'емi теплового акумулятора при робот системи виконуеться за моделлю вдеального перемшуван-ня, без урахування температурно1 стратифiкацiï;
• тарифи i цши рiзних енергоресурав прийняп вiдповiдно до [10] за станом на грудень 2017 р.
Методикою розрахунку враховуеться можливють включення електрокотла в денний час, в нашвшковий перiод навантаження енергосистеми, при температурах зовшшнього повиря нижче задано1 температури виключно нiчного електроспоживання /night, при цьому також передбачаеться включення електрокотла на неповну потужшсть.
При лiнiйноï залежностi м1ж температурою зовшшнього повпря i опалювальним навантаженням будiвлi, частка повного опалювального навантаження будiвлi в залежностi вщ температури зовнiшнього повiтря, складе:
q/qcalc = pq = (tmcalc- t)/(tmcalc - tcalc), (1) де q -питоме опалювальне навантаження будiвлi, Вт/м2, при поточному значеннi температури зовшшнього повпря t, °С; qcalc - питоме максимальне розра-хункове опалювальне навантаження будiвлi, Вт/м2, при нормативнш мiнiмальнiй розрахунковiй темпера-турi зовнiшнього повiтря tcalc, °С; t - поточна температура зовшшнього повпря, °С; tincalc = +18 °С - розра-хункова температура повиря, при якiй опалювальне навантаження дорiвнюе нулю; tcalc - нормативна rnm-мальна розрахункова температура зовшшнього повпря, для Киева tcalc = -22 °С.
Питомi нормативш втрати теплоти будiвлею за опалювальний сезон е сума щомiсячних втрат теплоти протягом опалювального сезону:
Qyear qoct + qnov + qdec + qjan + qfeb + qmar +
+ qapr, кВт-год/м2, (2)
де qoct ... qapr - помiсячнi питомi втрати теплоти, кВт-год/м2, як1 з урахуванням (1) можна виразити у виглядг
qoct = р qoct-qcalcToct = (18 - t0ct)-qcalcToct/(18 - tcalc),
qapr = P?apr-qcalcTapr = (18 - tapr)-^-^/(18 - O,
де р qoct ... р qapr - частки повного опалювального навантаження при середньомюячних температурах зовшшнього повпря вщповвдного мюяця опалювального перiоду; roct ... rapr - число годин у ввдповвдному мюя-цi опалювального перюду, год; qcalc - питомi втрати теплоти будiвлею, кВт/м2, при нормативнш мшмаль-нiй розрахунковiй температурi зовшшнього повиря tcalc, °С; toct ... tapr - середньомiсячнi температури повь тря у вiдповiдному мiсяцi, оС.
Тодi:
qyearnorm = qcac-[7oct-(18 - toct) + ^"nov"(18 - tnov) + ^dec-(18 -tdec) + an-(18 - tjan) + îfeb-(18 - tfeb) +
+ w(18 - tmar) + 7apr-(18 - tapr)]/(18 - tcalc), кВт-год/м2.
calc
calc
Отже, максимальнi розрахунковi питомi втрати теплоти будiвлею, кВт/м2, при нормативнiй мшмаль-нiй розрахунковiй температурi зовнiшнього повиря, дорiвнюють:
qcalc = (18 - tcalc)-qyearno^/[rocf(18 - toct) + W(18 - tnov) +
+ w(18 - tdec) + Zjan-(18 - tjan) + + rfeb-(18 - tfeb) + ^rnar-
(18
tmar) + ^"apr -(18 - tapr)], кВт/м .
Максимальне розрахункове опалювальне наван-таження будiвлi при нормативнш мшмальнш розра-хунковiй температурi зовшшнього повиря tcalc вщпо-вiдае значенню р = 1 та дорiвнюе:
фcalc = ^*qcalc, кВт, (3)
де А - сумарна опалювальна площа будiвлi, м2.
Добове споживання теплоти будiвлею при нормативнш мiнiмальнiй розрахунковiй температури зовшшнього повiтря tcalc:
Qcalc = 24-Ф^, кВт*год/доба.
(4)
При мiнiмальнiй розрахунковiй температурi виключно нiчного електроспоживання t"lght, °С, опалювальне навантаження ФпщМ i добове споживання теплоти будiвлею Qnight складуть:
фПЩЙ = фcalc-рqnlght =
= Ф^-^- tQlght)/(tmcalc - tcalc), кВт,
(5)
Qnight = 24-Фnlght, кВт-год/доба. (6)
За час шльгового нiчного електроспоживання (протягом 7 год) при температурi tnight необхвдно провести повну зарядку водяного теплового акумулятора одночасно з подачею теплоти на опалення будiвлi.
При цьому запас теплоти, накопиченоï в тепловому акумулятора повинен забезпечити опалення бу-динку протягом денного перюду тривалютю 17 год.
Отже, загальна к1льк1сть теплоти в тепловому акумуляторi складе:
Qacc = 17-ф^, кВт-год. (7)
Оск1льки тепловий аккумулятор повинен заряди-тися протягом 7 годин одночасно з подачею теплоти на опалення будiвлi, електрична потужнiсть котла складе:
N = Ф111^ + Qacc/7, кВт. (8)
Корисний об' ем теплового акумулятора:
Vacc = Qacc-3600/(Cp-p-ATacc), м3, (9)
де cp = 4,19 кДж/(кг-К) - питома iзобарна теплоем-шсть води; p = 1000 кг/м3 - щiльнiсть води; ATacc = 35 К - корисна рiзниця температур води в тепловому акумулятора
Розрахункова тривалють роботи електричного котла протягом доби в денний час при нормативноï мiнiмальноï розрахунковоï температури зовнiшнього повiтря:
zday = (Qcalc - Qnight)/N, год. (10)
За результатами розрахунк1в zday повинна вихо-дити менше, нiж тривалють напiвпiкового перiоду для виключення роботи електрокотла в шковий денний перюд з найбiльш дорогим тарифом.
На базi вираз1в (1-10) щдготовлена програма в MS Exœl для варiантних пор1вняльних розрахунк1в систем електричного опалення з тепловим акумулятором.
Нижче наведено приклад розрахунку та™ системи опалення офiсноï буд1вл1, розташованоï в м. Киев^
Результати мор1вмяльмого розрахунку систем опалення та ïx обговорення. Вихвдт данi i результа-
ти poзpaxyнкy нaвeдeнi в тaбл. i. для oфicнoï бyдiвлi плoщeю iGGG м2 з мaкcимaльним питoмим poзpaxyн-кoвим oпaлювaльним нaвaнтaжeнням qcalc = 4G Вт/м2, щo вiдпoвiдae дoбpe yтeплeнiй бyдiвлi.
Poзpaxyнкoвa cyмapнa пoтyжнicть TEHiв eлeкт-poкoтлa cтaнoвить (^и poбoтi пepeвaжнo внoчi) iG2,9 кВт, ^и кopиcнoмy oб'eмi тeплoвoгo aкyмyля-тopa i2,52 м3, тoдi як poзpaxyнкoвa пoтyжнicть eлeкт-poкoтлa, ^и цiлoдoбoвiй poбoтi бeз тeплoвoгo aкyмy-лятopa, дopiвнюe 4G кВт.
Poзpaxyнoк викoнaний для випaдкy, кoли ^и тeмпepaтypi зoвнiшньoгo пoвiтpя нижчe -i2 °C бyдe вiдбyвaтиcя включeння eлeктpoкoтлa нa 5G %-нiй no-тyжнocтi для niдiгpiвy тenлoнociя в дeнний чac.
Пpи мiнiмaльнiй poзpaxyнкoвiй тeмпepaтypi тpи-вaлicть дeннoгo включeння eлeктpoкoтлa нe nepeви-щить 5 годин.
У тaбл. 2 npeдcтaвлeнi peзyльтaти poзpaxyнкiв noмicячниx витpaт нa oпaлeння бyдiвлi npи викopиc-тaннi piзниx eнepгopecypciв i фopм onлaти.
У тaбл. 3 i нa pnc. 2 noкaзaнi peзyльтaти poзpaxy-ншв cyмapниx ceзoнниx витpaт нa oпaлeння бyдiвлi npи викopиcтaннi piзниx eнepгopecypciв.
Taблиця i
Виxiднi дaнi i тexнoлoгiчнi peзyльтaти poзpaxyнкy
Taблиця 2
Ceзoннi витpaти na oпaлeння ^и викopиcтaннi piзниx eнepгopecypciв
CyHaprn oпaлювaльнa плoщa бyдiвлi, м2 iGGG
Maкcимaльнe питoмe oпaлювaльнe нaвaнтaжeння бyдiвлi, Вт/м2 4G
Hopмaтивнi мaкcимaльнi ceзoннi тeплoвтpaти бyдiвлi пo ДН В2.б-31^1б, кВт•гoд/м2 S3
Miнiмaльнa зoвнiшня тeмпepaтypa виключнo тч-нoгo eлeктpocпoживaння (прт бiльш низькиx тeм-пepaтypax вiдбyвaeтьcя дeннe включeння eлeктpo-Koraa), °C -i2
Чacткa eлeктpичнoï пoтyжнocтi пpи дeннoмy включeннi eлeктpoкoтлa, % 5G
Poзpaxyнкoвa cyмapнa пoтyжнicть TEHib eлeктpo-Koraa, кВт 1G2,9
Poзpaxyнкoвa пoтyжнicть TEHib eлeктpoкoтлa iipn цiлoдoбoвiй poбoтi бeз тenлoвoгo aкyмyлювaння, кВт 4G
Kopncna piзниця тeмпepaтyp вoди в тeплoвoмy aкyмyлятopi, К 35
KopHcnnË poзpaxyнкoвий oб'eм тeплoвoгo aкyмy-лятс^, м3 12,52
Бaзoвий тapиф eлeктpoeнepгiï бeз ПДВ, кoп./(кВт•гoд) 1бЗ,545
Вapтicть cпoживaнoï тeплoти пpи цeнтpaлiзoвaнo-му тeплoпocтaчaннi, 1рн./ Гкaл 1286,G7
Вapтicть цeнтpaлiзoвaнoгo тeплoпocтaчaння прт oплaтi зa oдиницю oпaлювaльнoï пгощ^ гpн./(м2•мic.) 3G
Вapтicть пpиpoднoгo гaзy для пpoмиcлoвoï кoтe-льш, гpн./тиc. м3 9б92,4
Вapтicть пpиpoднoгo гaзy в ck^í cпoживaнoï тeплoти пpи цeнтpaлiзoвaнoмy тeплoпocтaчaннi, з ypaxyвaнням ККД гaзoвoгo Koraa, гpн./Гкaл 115б,б
Вapтicть пeлeт, гpн./т 241G
Teплoтвopнa здaтнicть пeллeт, МДж/кг is
Вapтicть пeлeтнoï тeплoти з ypaxyвaнням ККД пeлeтнoгo Koraa, ipa/rKan 7GG,7
Вapтicть тeплoти прт цiлoдoбoвoмy eлeктpooпa-лeннi бeз тeплoвoгo aкyмyлятopa, гpн./Гкaл 2282,4
Cпoжитa тeплoтa зa ceзoн, TKan 72,2
Cпoжитa тeплoтa зa ceзoн, МВт-год 83,9
Hopмaтивнi мaкcимaльнi ceзoннi тeплoвтpaти 6уд!^ зa ДБH В2.б-31^1б, нe бшьш, MВт•гoд S3
Вapтicть cпoжитoï eлeктpoeнepгiï зa oпaлювaль-ний ceзoн пpи нaявнocтi aдeквaтнoгo пoгoднoгo peгyлювaння, тиc. 1рн. 41,2
Вapтicть cпoжитoï eлeктpoeнepгiï зa oпaлювaль-ний ceзoн пpи цiлoдoбoвoмy eлeктpooпaлeннi бeз тeплoвoгo aкyмyлятopa, ane прт нaявнocтi aдeквa-тнoгo пoгoднoгo peгyлювaння, тиc. гpн. 1б4,7
Вapтicть цeнтpaлiзoвaнoгo тeплoпocтaчaння зa oпaлювaльний ceзoн пpи тapифi зa вiдпyщeнy тeплoтy пpи мявшей aдeквaтнoгo пoгoднoгo peгyлювaння, тиc. 1рн. 92,8
Вapтicть цeнтpaлiзoвaнoгo тeплoпocтaчaння зa oпaлювaльний ceзoн пpи тapифi зa oпaлювaльнy плoщy, тиc. гpн. 21G
Зaгaльний oбcяг cпoжитoгo зa oпaлювaльний ceзoн ГОЗУ, пpи нaявнocтi aдeквaтнoгo пoгoднoгo peгyлювaння, тиc. м3 8,б
Вapтicть cпoжитoгo зa ceзoн нa oпaлeння пpиpoд-нoгo гaзy, тиc. гpн. 83,5
Вapтicть пeллeтнoгo oпaлeння пpи нaявнocтi aдe-^amoro пoгoднoгo peгyлювaння, тиc. гpн. 5G,6
Pnc. 2. Ceзoннi витpaти na oпaлeння ^и викopиcтaннi piзниx eнepгopecypciв, тиc. 1рн.
Taблиця 3
Пoмicячнi витpaти нa oпaлeння пpи викopиcтaннi piзниx eнepгopecypciв
Micяць жoвтeнь лиcтoпaд гpyдeнь ciчeнь лютий бepeзeнь квiтeнь
Cepeдня тeмпepaтypa, гpaд. C 7,5 1,2 -3,5 -5,9 -5,2 -G ,4 7,5
Cпoжитa тeплoтa, Гкaл/мicяць 3,S4 1G,4G 13,75 15,29 13,41 11,77 3,71
Cпoжитa тeплoтa, кВт•гoд/мicяць 44б4 Í2G96 1599б 177S2 1559G 1369G 432G
Вapтicть cпoжитoï eлeктpoeнepгiï, тиc. гpн./мicяць 2,19 5,93 7,S5 S,72 7,б5 б,72 2,12
Вapтicть cпoжитoï eлeктpoeнepгiï пpи цiлoдoбoвoмy eлeктpo-oпaлeннi бeз тeплoвoгo aкyмyлятopa, тж. гpн./мicяць S,76 23,74 31,39 34,9G 3G,6G 26,S7 S,4S
Вapтicть цeнтpaлiзoвaнoгo тeплoпocтaчaння npn oплaтi зa вiдпyщeнy тeплoтy, тж. гpн./ мicяць 4,94 13,3S 17,б9 19,бб 17,24 15,14 4,7S
Вapтicть цeнтpaлiзoвaнoгo тeплoпocтaчaння пpи oплaтi зa oпaлювaльнy погощу, тиc. гpн./мicяць 3G 3G 3G 3G 3G 3G 3G
Вapтicть eквiвaлeнтнoгo газу, щo витpaчaeтьcя нa oпaлeння, тж. гpн./мicяць 4,44 12,G3 15,91 í7,6S 15,5G 13,61 4,3
Вapтicть пeлeтнoгo oпaлeння, тж. гpн./мicяць 2,б9 7,29 9,б4 1G,7i 9,39 S,25 2,6
Taблиця 4
Хapaктepиcтики cиcтeми eлeктpooпaлeння з aкyмyлятopoм тeплoти
Виxiднi дaнi для po3paxyHKy
Poзpaxyнкoвa cyмapнa пoтyжнicть TEHib 1G2,9 кВт
^pncrn poзpaxyнкoвa мicткicть тeплoвoгo aкyмyлятopa 12,52 м3
Poзpaxyнкoвa piзниця тeмпepaтyp в зapяднoмy циpкyляцiйнoмy кoнтypi 5 К
Poзpaxyнкoвa piзниця тeмпepaтyp в витpaтнoмy циpкyляцiйнoмy кoнтypi 10 К
Швидюсть pyxy вoди в зapяднoмy циpкyляцiйнoмy Konrypi 1,5 м/c
Швидюсть pyxy вoди в витpaтнoмy циpкyляцiйнoмy кoнтypi 1,5 м/c
Швидюсть pyxy вoди в змiшaнoмy циpкyляцiйнoмy кoнтypi 1 м/c
Резyльтaти po3paxyHKy оcновниx теxнологiчниx xaрaктериcтик системи опaлення:
Poзpaxyнкoвa витpaтa вoди в зapяднoмy циpкyляцiйнoмy кoнтypi 4,913 кг/c 17,69 т/ч
Poзpaxyнкoвa витpaтa вoди в витpaтнoмy циpкyляцiйнoмy KoKiypi 0,955 кг/c 3,44 т/ч
Дiaмeтp тpyб зapяднoгo циpкyляцiйнoгo Kon^y 0,0646 м 64,6 мм
Дiaмeтp тpyб витpaтнoгo циpкyляцiйнoгo Kon^y G,G2S5 м 2S,5 мм
Дiaмeтp пaтpyбкiв тeплoвoгo aкyмyлятopa G,GS64 м S6,4 мм
Вaртicнi покaзники системи опaлення
вapтicть, гpн.
Eлeктpoкoтeл 15000
Циpкyляцiйний нacoc зapяднoгo кoнтypy S3GG
Циpкyляцiйний rncoc витpaтнoгo кoнтypy 2900
Teплoвий бaк-aкyмyлятop 1SGGG
Teплoвa iзoляцiя 1GGGG
Tpиxoдoвий peгyлюючий клaпaн ДуЗ2 1700
Cepвoпpивiд дo тpиxoдoвoгo peгyлюючoмy raana^ ДуЗ2 2500
Блoк aвтoмaтичнoгo кepyвaння 16000
Зaпipнa apмaтypa, тpyби, тpiйники, фiтинги, тeплoiзoляцiя кoмyнiкaцiй 20000
Moнтaжнi poбoти 45000
Cyмapнa вapтicть 139400
Зa poзpaxyнкoм, cyмapнe cnoживaння тenлoти бyдiвлeю npoтягoм oпaлювaльнoгo ceзoнy cтaнoвить S3,9 MВт•гoд, щo npaктичнo вiдnoвiдae нopмaтивнoмy piвню S3 MВт•гoд, oтжe, npийнятe в poзpaxyнкy зта-чeння мaкcимaльнoï nитoмoï oпaлювaльнoгo нaвaнтa-жeння 4G Вт/м2 тaкoж вiдnoвiдae нopмaтивним тenлo-вим втpaтaм бyдiвлi.
Haймeншi ceзoннi витpaти та onaлeння в cyмi 41,2 тиа гpн. зaбeзneчyютьcя npи викopиcтaннi eлeктpичнoгo onaлeння з нiчним aкyмyлювaнням тeплoти i з викopиcтaнням тpизoннoгo oблiкy cno-живaнoï eлeктpoeнepгiï. Вiднocнo нeвeликi витpaти 5G,6 тиc. гpн. в^шв^^ь onaлeнню neлeтaми, oднaк якщo вpaxyвaти cynyтнi фaктopи, noв'язaнi з нeoбxiднicтю nepioдичнoï дocтaвки, збepiгaнням
neлeт i видaлeнням вiдxoдiв, тo eлeктpoonaлeння виглядae нaбaгaтo кpaщим.
Пpи викopиcтaннi гaзoвoгo кoтлa, ceзoннi витpa-ти cKia^^ S3,5 тиc. гpн., щo вдвiчi бiльшe, шж npи eлeктpoonaлeннi з шчним aкyмyлювaнням тenлoти.
У paßi викopиcтaння цeнтpaлiзoвaнoгo тenлono-cтaчaння, oплaтa йoгo nocлyг в oбcязi 92,S тиc. гpн. зa onaлювaльний ceзoн ne нaбaгaтo nepeвищye витpaти та гaзoвe onaлeння.
Haйбiльшi ceзoннi вш^ти na onaлeння в cyмi 21G тиа ^н. виникaють y paßi щoмicячнoï onлaти no-cлyг цeнтpaлiзoвaнoгo тenлonocтaчaння зa тapифoм 3G грн. зa кoжeн квaдpaтний мeтp onaлювaльнoï nлoщi npoтягoм onaлювaльнoгo ceзoнy, тобто npи вiдcyтнoc-тi зapeecтpoвaнoгo тeплoлiчильникa.
Якщо використовувати електроопалення без теплового акумулювання, то за умови адекватного погодного регулювання, сезоннi витрати складуть 164,7 тис. грн., що менше, тж при централ1зованому теплопостачанш з оплатою послуг за тарифом за опалювальну площу.
Розглянемо також доцшьшсть проведения рекон-струкцп iснуючих систем опаления шляхом замши джерела теплоти на електроопалення з тепловим аку-мулятором за тризонним тарифом. Порiвняния здшс-нено з найбiльш поширеним варiаитом теплопостачання у великих мютах Укра!ни - централiзованим теплопостачанням як з оплатою за споживану теплоту, так i з оплатою за опалювальну площу.
Розрахунки системи електроопалення предста-вленi у зведенш табл. 4. Порiвняння сумарно! вар-тостi запропоновано! системи електроопалення (табл. 4) з рiчними витратами на централiзоване теплопостачання (рис. 2) доводить, що термш оку-пностi переходу на електроопалення з централiзо-ваного теплопостачання з оплатою за споживану теплоту становить 2,7 року, а з оплатою за опалю-вальну площу - 0,83 року.
Таким чином, використання систем електроопалення з нчним акумулюваиням теплоти доцшьне не тiльки для нових систем опаления, але i для юнуючих
Висновки.
1. Наведено метод i програма розрахунку систем електроопалення з нiчним акумулюваиням теплоти.
Метод враховуе дiючi стандарта Укра!ни та до-зволяе визначати основш технiчнi характеристики системи з урахуваииям можливостi включения елект-рокотла на половину розрахунково! потужиостi в ден-ний час.
2. Запропонований метод i розроблена програма дозволяють визначати щомiсячне споживаиня теплоти будiвлями i розраховувати вартосп опаления при ви-користаинi рiзних видiв енергетичних ресурсiв, а також дозволяють порiвнювати витрати на централiзо-ваие теплопостачання з оплатою за спожиту к1льк1сть теплоти i при оплатi за опалювальну площу.
3. Наведено чисельний приклад для реальних пого-дних умов м. Киева показав економiчнi переваги використання електроопалення з нчним акумулюван-ням теплоти.
За укра!нськими тарифами на грудень 2017 року вартiсть електроопалення з нiчним акумулюваиням теплоти в два рази нижче, шж для централiзованого теплопостачання з оплатою за спожиту теплоту.
4. Доведено, що термш окупносп переходу на електроопалення для варiанту замши централiзованого теплопостачання з оплатою за спожиту теплоту скла-дае менше, нж 3 роки, для варiанту замши централь зованого теплопостачання з оплатою за опалювальну площу - складае менш, шж 1 рiк.
СПИСОК ШТЕРАТУРИ 1. Veeraboina P., Yesuratnam G. Significance of design for energy conservation in buildings: building envelope components //
International Journal of Energy Technology and Policy. - 2013. -vol.9. - no.1. - pp. 34-52. doi: 10.1504/IJETP.2013.055814.
2. Arteconi A., Patteeuw D., Bruninx K., Delarue E., D'haeseleer W., Helsen L. Active demand response with electric heating systems: Impact of market penetration // Applied Energy. - 2016. -vol.177. - pp. 636-648. doi: 10.1016/j.apenergy.2016.05.146.
3. Li J., Fang J., Zeng Q., Z Chen. Optimal operation of the integrated electrical and heating systems to accommodate the intermittent renewable sources // Applied Energy. - 2016. -vol.167. - pp. 244-254. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.10.054.
4. Ziemele J., Gravelsins A., Blumberga A., Blumberga D. Sustainability of heat energy tariff in district heating system: Statistic and dynamic methodologies // Energy. - 2017. -vol.137. - pp. 834-845. doi: 10.1016/j.energy.2017.04.130.
5. Patteeuw D., K Bruninx., Arteconi A., Delarue E., D'haeseleer W., Helsen L. Integrated modeling of active demand response with electric heating systems coupled to thermal energy storage systems // Applied Energy. - 2015. - vol.151. -pp. 306-319. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.04.014.
6. Парасочка С.О., Хрящевський В.М. До питания про електроакумуляцшие опалеиия та гаряче водопостачаиия // Житлово-комуиальие господарство Украши. - 2009. -№8(21). - С. 34-37.
7.Параска Г.Б., Миколюк О. А. Оцшка ефективиост вико-ристаиия електричиих систем опалеиия // Еиергетика: еко-иомжа, технологи, еколопя. - 2015. - №4. - С. 73-79.
8. Трепутиев В.В. Электрические теплоаккумуляторы для отопления и горячего водоснабжения // Новости теплоснабжения. - 2010. - №4. - С. 116-118.
9. Патент Украши № 57479. Система теплопостачання / Аидрющеико А.М., Паиасюк О.В. - Заявл. 01.2006; опубл. 25.02.2011, Бюл. №4.
10. http://www.nerc.gov.ua/?id=11889.
REFERENCES
1. Veeraboina P., Yesuratnam G. Significance of design for energy conservation in buildings: building envelope components. International Journal of Energy Technology and Policy, 2013, vol.9, no.1, pp. 34-52. doi: 10.1504/IJETP.2013.055814.
2. Arteconi A., Patteeuw D., Bruninx K., Delarue E., D'haeseleer W., Helsen L. Active demand response with electric heating systems: Impact of market penetration. Applied Energy, 2016, vol.177, pp. 636-648. doi: 10.1016/j.apenergy.2016.05.146.
3. Li J., Fang J., Zeng Q., Z Chen. Optimal operation of the integrated electrical and heating systems to accommodate the intermittent renewable sources. Applied Energy, 2016, vol.167, pp. 244-254. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.10.054.
4. Ziemele J., Gravelsins A., Blumberga A., Blumberga D. Sustainability of heat energy tariff in district heating system: Statistic and dynamic methodologies. Energy, 2017, vol.137, pp. 834-845. doi: 10.1016/j.energy.2017.04.130.
5. Patteeuw D., K Bruninx., Arteconi A., Delarue E., D'haeseleer W., Helsen L. Integrated modeling of active demand response with electric heating systems coupled to thermal energy storage systems. Applied Energy, 2015, vol.151, pp. 306319. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.04.014.
6. Parasochka S.O., Hrjashhevs'kyj V.M. Regarding electrical heating with accumulation and heat water supply. Housing and communal services of Ukraine, 2009, no.8(21), pp. 34-37. (Ukr).
7.Paraska G.B., Mykoljuk O.A. Efficiency of electrical heating systems usage. Power Engineering: economics, technique, ecology, 2015, no.4, pp. 73-79. (Ukr).
8. Treputnev V.V. Electrical heat accumulators for heating and heat water supply. News of heat supply, 2010, no.4, pp. 116-118. (Rus).
9. Andrjushhenko A.M., Panasjuk O.V. Systema te-plopostachannja [System of heat supply]. Patent UA, no.57479, 2011. (Ukr).
10. Available at: http://www.nerc.gov.ua/?id=11889 (accessed 02 December 2017). (Ukr).
Надтшла (received) 08.01.2018
Андрющенко Анатолш Михайлович',
Шкульшин Володимир Русланович', д.т.н., проф.,
Денисова Алла Свснвна1, д.т.н., проф.,
1 Одеський нацюнальний полiтехнiчний ушверситет,
65044, Одесса, пр. Шевченко, 1,
e-mail: [email protected]; [email protected];
alladeny sova@gmail .com
A.M. Andryushchenko1, V.R. Nihulshin1, A.E. Denysova1 1 Odessa National Polytechnic University, 1, Shevchenko Avenue, Odessa, 65044, Ukraine. Advantages of electrical heating systems with night heat accumulation in Ukrainian conditions.
Purpose. To develop electrical heating systems with night heat accumulation and to prove its advantages comparable with others possible variants of heating. Methodology. We have purposed a methodology which is based on the current Standards of Ukraine and included few main assumptions: the efficiency of the electric boiler is assumed equal 100 %; the dependence of the building heating load on the outside temperature is linear; all the variants of different energy resources calculating for the system operating correspond to the adequate (depending on weather) regulation. Methodology allows to determine the main technical characteristics of the system taking into account the possibility of switching on the electric boiler in the daytime using the half-loading. On the base of suggested methodology was developed the calculation program for determine the monthly consumption of heat by the building and estimate the cost of
heating using different energy sources. This program also allows to compare the payment for centralized heat supply services at the tariff for the consumed heat with a payment for the heated area tariff. Results. We have obtained a method for electrical heating systems with night heat accumulation calculation. Method bases on the current Standards in Ukraine and allows to determine the main technical characteristics of the system taking into account the possibility of switching on the electric boiler in the daytime. On the base of suggested method was developed the calculation program for determine the monthly consumption of heat by the building and estimate the cost of heating using different energy resources. This program also allows to compare the payment for centralized heat supply services at the tariff for the consumed heat with a payment for the heated area tariff. Originality. For the first time we have suggested methodology and developed the calculation program for electrical heating systems with night heat accumulation which is based on the Ukrainian Standards and allows to determine the monthly consumption of heat by the building and estimate the cost of heating using different energy sources. Practical value. We have developed a method and calculation program which allows to design the energy saving electrical heating systems with night heat accumulation. We have demonstrated on the numerical example for the real weather conditions of Kyiv city the economical advance of using electric heating with night heat accumulation comparable with all others options (centralized heat supply, gas heating, pellet heating). For December 2017 tariffs in Ukraine, the cost of electrical heating with night heat accumulation are two times lower than in the case of centralized heat supply with payment for consumed heat. We have proved that the refund period for implementation of electrical heating systems with night heat accumulation instead of centralized heat supply services at the tariff for the consumed heat is less than 3 years, and for centralized heat supply services at the tariff for the heated area tariff is less than 1 year. References 10, tables 4, figures 2.
Key words: energy saving, electrical heating, night heat accumulation, cost of heating for different energy resources.
