CC BY
24
ЭЛЕКТРОННЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «АРНОГО. СЕРИЯ: ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ»
УДК 697; 621.577.42
УНИВЕРСАЛЬНАЯ СИСТЕМА КОМПЕНСАЦИИ НАГРУЗКИ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТНУ*
Батухтин Андрей Геннадьевич
кандидат технических наук
Кобылкин Михаил Владимирович
аспирант
Батухтин Сергей Геннадьевич
ведущий специалист
Забайкальский государственный университет, Чита
Аннотация. В статье рассмотрены проблемы и перспективы внедрения тепловых насосов в существующие системы теплоснабжения для развития теплофикации. Представлен перспективный вариант модернизации систем теплоснабжения, основанный на внедрении универсальных систем компенсации нагрузки горячего водоснабжения позволяющих использовать системы отопления потребителей в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии.
Ключевые слова: малозатратность; энергосбережение; тепловой насос; горячее водоснабжение.
* Статья подготовлена при поддержке гранта Забайкальского государственного университета № 199-гр.
UNIVERSAL SYSTEM FOR COMPENSATION HEAT LOAD OF DOMESTIC HOT WATER WITH USING HPU
Batukhtin Andrey Gennadevich
candidate of technical sciences
Kobylkin Mikhail Vladimirovich
postgraduate student
Batukhtin Sergey Gennadevich
leading specialist
Transbaikal State University, Chita
Abstract. The article deals with the problems and prospects of implementation of heat pumps in existing heat supply system for the development of district heating. Presented promising variant of modernization of heating systems, based on the introduction of universal systems for compensation heat load of domestic hot water, which enable consumers to use the heating system as a source of low-grade heat.
Key words: energy saving; heat pump; domestic hot water; low-cost.
Внедрение тепловых насосов для компенсации тепловых нагрузок, в настоящее время, является одним из приоритетных направлений совершенствования технологий энергосбережения в большинстве развитых стран мира [1-4]. Однако Российская теплоэнергетическая отрасль обладает обширной системой теплофикации, охватывающей порядка 80 % потребителей тепловой энергии [5,6]. Данный факт практически не позволяет классическим проектам с тепловыми насосами [7-9] составить ощутимую конкуренцию системам централизованного теплоснабжения для обеспечения теплом потребителей, находящихся в плотной городской застройке. В таких условиях теплонасосное оборудование начинает
2
приобретать популярность в технологиях для повышения энергетической эффективности комплекса «ТЭЦ-потребитель» путем совместной взаимовыгодной эксплуатации с действующим оборудованием комплекса, что не характерно для зарубежных проектов.
Поскольку в отечественной теплофикации на сегодняшний день отмечаются значительные проблемы с эффективностью транспортировки и распределения тепловой энергии, то одним из перспективных вариантов повышения эффективности теплоснабжения от ТЭЦ становится снижение температурного графика тепловой сети, ведущее к сокращению тепловых потерь и снижению средней температуры отвода тепла и теплосилового цикла. При этом реализация подобного рода мероприятий ведется без вмешательства в производственный цикл станции, что в свою очередь позволяет минимизировать затраты на внедрение [10].
Получить максимальный эффект возможно путем установки тепло-насосных установок (ТНУ) у потребителей в качестве конечных догрева-телей, снизив при этом температуру теплоносителя в системах теплоснабжения до минимального уровня [11; 12].
В данном направлении работает множество исследователей и уже имеется ряд готовых к внедрению глобальных проектов с обоснованной эффективностью [13-15]. Внедрение подобных проектов сдерживается их главным недостатком, отсутствием переходного этапа внедрения ТНУ, который позволил бы потребителям ознакомиться с технологией тепловых насосов и получить ощутимый энергосберегающий эффект на первых этапах внедрения.
В существующих экономических условиях создать основу для постепенного развития отрасли теплоснабжения от текущего состояния до представленных глобальных проектов возможно только при разработке малозатратных технологических решений для первоначального внедрения ТНУ [15; 16].
В качестве одного из таких технологических решений предлагается способ внедрения ТНУ для компенсации нагрузки ГВС с использованием системы отопления здания в качестве источника низкопотенциального тепла в летний период. Главными преимуществами летнего использования системы отопления является простота внедрения ТНУ, обусловленная минимальными изменениями системы отопления, а также возможность реализации способа для любого потребителя включенного в систему централизованного теплоснабжения [2; 4; 17].
Концепция использования системы отопления здания в качестве источника тепла легла в основу универсальной системы компенсации нагрузки ГВС в условиях централизованного теплоснабжения (см. рис. 1) [18]. Основой системы является блок, содержащий ТНУ, циркуляционные насосы и трехходовой клапан. Система позволяет задействовать отопительные приборы в качестве теплообменников для сбора избыточного тепла помещений здания.
При помощи насоса организуется циркуляция теплоносителя в контуре системы отопления, который отсекается от трубопроводов тепловых сетей. Теплоноситель охлаждается в испарителе, после чего восполняет отданное тепло за счет тепла здания. Собранное тепло передается в конденсатор, уже с более высоким потенциалом, достаточным для нагрева воды, идущей на ГВС.
Дополнительно выводится из работы теплообменник ГВС, для остановки неконтролируемой циркуляции через абонентский ввод.
Для выравнивания графика потребления тепла предусматривается установка бака-аккумулятора.
Стабильность работы системы обеспечивается подпиткой контура горячим теплоносителем из подающего трубопровода тепловой сети через трехходовой клапан, в случае, если аккумулированного зданием тепла недостаточно для покрытия нагрузки ГВС. Дефицит тепла может возникнуть при нагрузке ГВС, превышающей возможный объем тепло-
вой энергии, который может быть воспринят отопительной системой, а также в ряде случаев связанных с внешними климатическими изменениями и внутренними теплопоступлениями. Вытеснение холодного теплоносителя производится в обратный трубопровод тепловой сети перед трехходовым клапаном за счет разница давлений.
1 - подающий трубопровод, 2 - обратный трубопровод, 3 - трубопровод воды идущей на ГВС, 4 - конденсатор, 5 - испаритель, 6 - теплообменник ГВС, 7, 8, 9 - запорная арматура, 10 - циркуляционный насос, 11 - отопительный прибор, 12 - трехходовой клапан, 13 - источник теплоснабжения, 14 - бак-аккумулятор, 15 - циркуляционный насос бака, 16 - элеватор, 17 - теплонасосный блок.
Рис. 1. Универсальная система компенсации нагрузки ГВС
Таким образом, предложенная технология позволяет эффективно компенсировать нагрузку ГВС при минимальных капитальных затратах и простоте конструкции. Также система позволяет утилизировать избы-
точное тепло помещений в летний период, сокращая затраты энергии на кондиционирование, что свойственно только дорогостоящим комплексным системам теплохладоснабжения.
Стоит отметить, что предложенная разработка не предполагается как отдельный самостоятельный энергоэффективный проект, а представляет собой малозатратный и относительно доступный способ первоначальной эксплуатации ТНУ в условиях централизованного теплоснабжения, главным образом для привлечения внимая потребителя и постепенного внедрения ТНУ у всех абонентов в пределах каждой конкретной ТЭЦ с перспективой перехода системы на пониженный температурный график [18].
Список использованных источников
1. Берзан В.П. Аспекты проблемы стимулирования внедрения тепловых насосов / В.П. Берзан, С.Г. Робу, М.Л. Шит // Проблемы региональной энергетики. 2011. № 1. С. 91 94.
2. Батухтин А.Г. Повышение эффективности современных систем теплоснабжения / А.Г. Батухтин, С.А. Иванов, М.В. Кобылкин, А.В. Мит-кус // Вестник Забайкальского государственного университета. 2013. № 09. С. 112-120.
3. Ефимов Н.Н. Перспективы использования тепловых насосов в энергообеспечении промышленных и коммунальных предприятий / Н.Н. Ефимов, П.А. Малышев // Теплоэнергетика. 2009. №11. С. 30-33
4. Батухтин А.Г. Применение водяных теплонасосных установок с неклассическим источником низкопотенциальной энергии для компенсации нагрузки горячего водоснабжения / А.Г. Батухтин, С.А. Иванов, М.В. Кобылкин // Промышленная энергетика. 2015. № 3. С. 18-21.
5. Башмаков И.А. Анализ основных тенденций развития систем теплоснабжения России // Энергетическая политика. 2009. № 2. С. 10-25.
6. Энергетика России: проблемы и перспективы: Труды научной сессии РАН, Общее собрание РАН 19-21 декабря 2005 г. / под ред. В.Е. Фортова, Ю.Г. Леонова. М.: Наука, 2006. 499 с.
7. Филиппов С.П. Эффективность использования тепловых насосов для теплоснабжения малоэтажной застройки / С.П. Филиппов, М.Д. Дильман, М.С. Ионов // Теплоэнергетика. 2011. № 11. С. 12-19.
8. Чемеков В.В. Система теплоснабжения автономного жилого дома на основе теплового насоса и ветроэлектрической установки / В.В. Чемеков, В.В. Харченко // Теплоэнергетика. 2013. № 3. С. 58.
9. Басок Б.И. Поливалентная система теплообеспечения пассивного дома на основе возобновляемых источников энергии / Б.И. Басок, И.К. Божко, А.Н. Недбайло, О.Н. Лысенко // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 6 (58). С. 32-43.
10. Беляев А.С. Снижение температурного графика тепловых сетей ТЭЦ / А.С. Беляев, Е.К. Горбатова, Н.В. Мухин // Энергосбережение и водоподготовка. 2014. № 1. С. 24-29.
11. Данилов В.В., Славин В.С. Система теплоэнергоснабжения // Патент РФ № 2170885. Приоритет 17.07.2000.
12. Батухтин А.Г. Современные технологии энергосбережения в комплексе «ТЭС-потребитель» / А.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин, С.Г. Батухтин, П.Г. Сафронов // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 5-2 (36). С. 20-23.
13. Ротов П.В. О работе систем теплоснабжения без излома температурного графика / П.В. Ротов, М.Е. Орлов, В.И. Шарапов // Энергосбережение и водоподготовка. 2012. № 2. С. 12-17.
14. Третьякова П.А. Современные подходы к модернизации централизованного теплоснабжения на основе внедрения теплонасосных установок // Омский научный вестник. 2014. № 2 (130). С. 178-182.
15. Батухтин А.Г. Тепловые насосы в российских системах отопления. Проблемы и перспективные решения / А.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин // Nauka-Rastudent.ru. 2014. № 11 (11). С. 42.
16. Волынцев А.В. Опытная теплонасосная установка // Научные труды Дальневосточного государственного технического рыбохозяйствен-ного университета. 2015. Т. 36. С. 80-85.
17. Батухтин А.Г. Современные способы модернизации существующих систем теплоснабжения / А.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин, А.В. Миткус, В.В. Петин // Международный научно-исследовательский журнал. 2013. № 7-2 (14). С. 40-45.
18. Батухтин А.Г. Применение тепловых насосов для развития теплофикации / А.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин, М.Г. Барановская // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2016. № 1 (238). С. 28-36.
