V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Несмотря на то, что утилизация тепловых вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) является одним из наиболее эффективных мероприятий, по экономии энергии, использование их в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха пока ограничено. До последнего времени почти исключительно использовались только высокотемпературные вторичные энергоресурсы (горючие газы с температурой выше 300 ^оС, вода – выше 70 ^оС), составляющие около 30% общего выхода. В тоже время технико-экономический анализ и имеющийся опыт показывают, что утилизация средне- и низкотемпературных вторичных энергоресурсов, в том числе вентиляционных выбросов, во многих случаях экономически оправдана, несмотря на существенно большие дополнительные капитальные затраты.

Утилизация средне- и низкотемпературных вторичных энергоресурсов вносит некоторые особенности в практику проектирования и эксплуатации систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которые вызваны следующими обстоятельствами:

- повышение капитальных затрат в связи с увеличением теплообменных поверхностей и установкой дополнительного оборудования, прокладкой дополнительных воздуховодов и трубопроводов;

- использование новых, нетрадиционных для отопительно-вентиляционной техники первичных теплоносителей (загрязненного воздуха, отходящих газов, оборотной и сбросной воды, различны жидких сред и т.п.), а также промежуточных теплоносителей, например, антифризов;

- усложнение систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в связи с применением дополнительных теплообменных аппаратов для утилизации теплоты ВЭР, а также других дополнительных элементов, необходимых для функционирования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Следует учитывать также особенность нынешнего начального этапа использования ВЭР в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, характеризуемого отсутствием опыта эксплуатации и дефицитом теплоутилизационного оборудования, который сохранится еще некоторое время. В этих условия необходимы достаточно жесткие ограничения, исключающие возможные нежелательные последствия использования вторичных энергоресурсов. Указанные особенности нашли отражение в разделе 7 СНиП [1], основное внимание в котором уделено формулированию общих требований, санитарно-гигиенических и противопожарных ограничений.

Экономическая эффективность является важнейшим условием использования теплоты вторичных энергоресурсов, отмеченным в разделе 7 СНиП [1]. Использование теплоты вентиляционных выбросов требует, как правило, больших затрат, чем использование теплоты вторичных энергоресурсов технологических установок. Поэтому в первую очередь необходимо использовать промышленные отходы теплоты, имеющие более высокий температурный уровень: отходящие газы нагревательных и сушильных печей, котельных и металлургических агрегатов, сбросной конденсат и т.п., а также оборотную охлажденную воду, обладающую как теплоноситель, более лучшими физическими свойствами, чем воздух.

Вытяжной воздух, несмотря на низкий температурный уровень и малую теплоемкость, также представляет собой ценный носитель теплоты вторичных энергоресурсов, имеющий некоторые преимущества в связи с согласованностью режимов работы приточной и вытяжной вентиляции, общностью размещения и обслуживания оборудования. Кроме того, во многих случаях, например, в общественных и жилых зданиях, вытяжной воздух представляет собой единственный источник вторичных энергоресурсов [2,3]. Целесообразность и очередность использования тех или иных носителей тепловых вторичных энергоресурсов должна определяться технико-экономическим расчетом. Расчет должен базироваться на анализе круглогодичных балансов, составленных на основе данных технологических, теплоэнергетических и санитарно-технических частей проекта.

Для предварительных и экспертных оценок целесообразности утилизации теплоты вентиляционных выбросов можно рекомендовать использование неравенств, полученных с учетом существующих цен на оборудование и стоимость строительных площадей и представляющих собой граничные условия, выраженные через основные факторы, определяющие экономическую эффективность [4]: продолжительность использования теплоутилизаторов в течение отопительного периода , ч/г; температуру удаляемого воздуха , ^оС_, среднюю температуру нагреваемого воздуха за отопительный период , ^оС; затраты на тепловую энергию , р/ГДж; эффективность теплообмена в теплоутилизаторах и коэффициент , учитывающий уменьшение удельных капитальных затрат при увеличении номинальной воздухопроизводительности _, м³/ч:

> 0,12 (1)

> 0,08 (2)

Неравенство (1) выражает условие экономической целесообразности использования теплоты вентиляционных выбросов при нормальном коэффициенте эффективности капитальных вложений, установленном для строительства 0,12, что соответствует сроку окупаемости 8,3 года.

В условиях, выраженных неравенством (2) утилизация теплоты вентиляционных выбросов экономически нецелесообразна.

Промежуточные значения произведения величин левой части неравенства в пределах 0,08–0,12 соответствуют случаям, когда целесообразность утилизации теплоты вентиляционных выбросов зависит от сочетания ряда дополнительных факторов, например, стоимости строительных помещений, протяженности магистралей, режимов работы и т.п.

В этих случаях может быть использован метод, в основу которого положены укрупненные показатели дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат аналитические зависимости для определения экономии энергетических затрат и уравнение расчета экономического эффекта, выраженного следующим образом:

(3)

где - снижение затрат на тепловую энергию, р/год;

- дополнительные затраты на электроэнергию,р/год;

- составляющие дополнительных капитальных затрат, р;

- нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат, 1/год;

- сумма отчислений и затрат на ремонт и техническое обслуживание, отнесенная к сумме капитальных вложений.

Величина представляет собой произведение количества сэкономленной теплоты и стоимости тепловой энергии. Стоимость тепловой энергии следует принимать по замыкающим затратам на тепловую энергию. Для ориентировочных расчетов можно использовать стоимость тепловой энергии введением коэффициента [5]

(4)

где - стоимость тепловой энергии, принимаемая по тарифу, р/ГДж;

- коэффициент, учитывающий эффективность использования топлива источником теплоснабжения.

Дополнительные затраты на электроэнергию можно рассчитывать по формуле

(5)

где и - объемные расходы приточного и удаляемого воздуха, м³/ч;

и - аэродинамические потери в теплоутилизаторах и дополнительных воздуховодах, Па;

- расход промежуточного теплоносителя, м³/ч;

- гидравлические потери при циркуляции промежуточного теплоносителя, Па;

и - КПД вентагрегатов и насосов;

- суммарная плата за электроэнергию, р/кВт.

Сумма дополнительных капитальных затрат включает в себя затраты на приобретение, монтаж, наладку теплоутилизаторов, затраты на дополнительные воздуховоды и трубопроводы, на дополнительные площади, занимаемые теплоутилизационным и дополнительным оборудованием.

Расчет по формуле (3) позволяет оценить экономический эффект утилизации теплоты [6]. В ряде случаев целесообразно определение срока окупаемости и сопоставление его с нормативным. Для этой цели рекомендуется выражение

(6)

Санитарно-гигиенические и противопожарные ограничения, сформулированные в главе СНиП [1], дифференцированы по типам утилизаторов и степени опасности веществ, содержащихся в удаленном воздухе или теплоносителе. С учетом предложенных ограничений, особенностей теплоутилизаторов и сведений о содержании в воздухе опасных и вредных веществ можно очертить области применения вентиляционных теплоутилизаторов.

Усложнение систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха при использовании тепловых вторичных энергоресурсов связано с тем, что при введении в систему нового теплообменного оборудования – теплоутилизаторов, возникает требование: обеспечить работоспособность и надежность всей системы в новых условиях. Наибольшее влияние на схемные решения и алгоритмы функционирования систем оказывают необходимость резервирования, а иногда и дублирования источников теплоснабжения аккумулирование теплоты, необходимость защиты от возможных нарушений работоспособности систем в зимний период работы вследствие обмерзания наружных поверхностей теплоутилизаторов или замерзания теплоносителя.

Образование на поверхности теплоутилизаторов наледи толщиной 1-2 мм не приводит к потери работоспособности теплоутилизаторов, поэтому рекомендуется периодическое оттаивание наледи путем выключения приточного вентилятора на короткое время в перерывах между сменами или на обеденный перерыв. Тот же эффект может быть достигнут периодическим байнасированием части наружного воздуха; для вращающихся теплоутилизаторов – изменением частоты вращения насадки; для рекуператоров – перекрытием части каналов для прохода наружного воздуха или переключением направления движения потоков; для систем с промежуточным теплоносителем – периодическим подогревом или периодическим переключением направления движения теплоносителя.

Теплотехнический расчет теплоутилизаторов в различных режимах может быть выполнен на основе рекомендаций [2], а анализ систем – с использованием [3, 4].

Для предотвращения замерзания теплоносителя рекомендуется использовать незамерзающие жидкости, в частности, раствор хлористого кальция с 1-3% добавкой ингибитора коррозии или НОЖ – 2.

Очевидно, что использование тепловых вторичных энергоресурсов усложняет не только системы, но и сам процесс проектирования. Решение новых задач, связанных с теплоутилизацией вторичных энергоресурсов, увеличивает стоимость работ, требует совместных усилий проектировщиков различных специальностей, повышения уровня знаний проектировщиков-сантехников, в особенности в смежных областях: энергетике, технологии.

Библиографический список

1. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. – Введ. 2004-01-01. – М.: Госстрой России. – 2004. – 124 с.

2. Богословский, В.Н. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха / В.Н. Богословский, М.Я. Поз. – М.: Стройиздат. – 1983. –319 с.

3. Иванов, О.Л. Методика комплексной оценки эффективности использования средств утилизации тепла и холода в системах кондиционирования воздуха / О.Л. Иванов, А.А. Рымкевич // Холодильная техника. – 1980. - № 3. – С. 34-37.

4. Сушко, Е.А. Разработка методики расчета рациональных режимов систем вентиляции производственных помещений / Е.А. Сушко, К.Н. Сотникова, С.Л. Карпов // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. – 2011. - №2 (22). - С. 143-149.

5. Скляров, К.А. Определение зависимости диаметра патрубка и расхода отсасываемого воздуха от конструктивных размеров технологического оборудования / К.А. Скляров, С.О. Потапова, О.Н. Филатова // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и Архитектура. – 2010. - №4 (20). – С.146-150.

6. Колодяжный, С.А. Динамика воздухообмена в электропомещениях химических производств / С.А. Колодяжный, Н.А. Старцева // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и Архитектура. – 2008. - №3. – С.86-95.

Код для цитирования: Скопировать