Ресурсосберегаюшая комбинированная система теплоснабжения
Введение
Теплонасосные установки (ТНУ) могут работать в моновалентном режиме, покрывая самостоятельно (например, весной и осенью) потребности в тепле, и в бивалентном режиме совместно с котельной установкой (за рубежом так называемая система «PERCHE»). Тот или иной источник тепла включается в зависимости от температуры наружного воздуха. При этом ТНУ включаются только в часы сниженных тарифов. Во Франции по системе «PERCHE» отапливается около 20 тыс. квартир [1]. Зарубежный опыт привлекателен и позволяет проанализировать комбинированную технологию теплоснабжения в составе парокомпрессионной теплонасосной и котельной установок.
Постановка задачи и метод решения
В качестве критерия эффективности комбинированной системы теплоснабжения принят расход органического топлива. Задача исследования заключается в анализе режимов работы комбинированных систем теплоснабжения на базе котельных установок и парокомпрессионных тепловых насосов с низкокипящим веществом R134a с целью дальнейшего повышения эффективности отопительных систем. Рассмотрены различные режимы работы котельной установки и теплового насоса, включая раздельную работу (моновалентный режим) каждого из элементов системы и их совместную работу (бивалентный режим).
Рассматривается комбинированная система отопления, состоящая из парокомпрессионного теплового насоса (ТН) и котельной установки (КУ). Установленная тепловая мощность системы принята равной QT = 1 Гкал/ч с продолжительностью отопительного периода h = 5450 ч/год. Прямая сетевая вода в подающем трубопроводе в зависимости от температуры наружного воздуха соответствует графику 95/70 °С, что обеспечивается качественным регулированием температуры. Рассматриваются различные режимы работы системы, включая раздельный режим работы ТН и КУ и совместный (бивалентный). Критерием эффективности комбинированной системы отопления является минимум расхода условного топлива. Расход условного топлива на котельную установку определяется тепловой нагрузкой и коэффициентом полезного действия КУ, принятого равным 0,8. В этих условиях расход условного топлива в отопительной системе при работе только котельной установки составит



Для реализации отмеченных параметров потребуются компрессоры нового поколения по типу 6FE-50YBitzer, 19XRCarrier со ступенчатым сжатием, с секционными конденсаторами и охладителями перегретого пара. Разработка новых хладоновых компрессоров обусловлена тем, что их работа должна обеспечивать качественное регулирование температуры сетевой воды, подаваемой в систему теплоснабжения в течение всего периода их работы в зависимости от температуры наружного воздуха.
Для расчета среднегодового коэффициента преобразования энергии в ТН за период его работы hтн использовалось выражение



Обсуждение результатов
В табл. 2 представлен расход условного топлива при раздельной работе ТН и КУ для различных температур испарения хладона R134a при различных температурах наружного воздуха (различном числе часов использования установленной тепловой мощности QT = 1 Гкал/ч).
В табл. 2 показаны различные граничные температуры наружного воздуха, разделяющие работу источников теплоснабжения (до — работа ТН, после -работа КУ).





С понижением температуры наружного воздуха уменьшается количество часов стояния среднесуточ-ной температуры воздуха, равной и ниже данной. По этой причине уменьшается расход топлива на ко-тельную установку. Полученные результаты свидетельствуют об экономичности данного режима по сравнению с традиционным котельным режимом теплоснабжения (табл. 3, рис. 4).

1. Выполненные исследования показали, что использование парокомпрессионной теплонасосной техники совместно с котельной установкой в зонах децентрализованного теплоснабжения позволяют существенно снизить потребление органического топлива от 35-41% до 60-74% (в зависимости от температуры низкопотенциального источника) при различных режимах работы элементов системы (раздельный, бивалентный) по сравнению с автономными традиционными отопительными котельными системами и повысить экологическую эффективность системы теплоснабжения.
2. Полученные результаты показывают целесообразность ресурсосберегающего бивалентного режима работы комбинированной системы теплоснабжения и возможность практического применения.
3. Наличие двух независимых теплоисточников повышает надежность теплоснабжения потребителей. При этом тепловая мощность котельной установки как пикового теплоисточника может быть существен но уменьшена исходя из общего теплового баланса комбинированной системы теплоснабжения и технических возможностей выбранного компрессора.
Институкт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО
РАН 630090 Новосибирск, пр.Ак.Лаврентьева, д. 1