ВВЕДЕНИЕ

 

Тема энергосбережения для Украины всегда была актуальной, так как собственными энергетическими ресурсами страна обеспечена менее чем на 50%. А сегодня, после существенного повышения Россией цен на природный газ, эта тема стала ещё и модной. Поэтому энергосбережение и экологическая чистота теплоснабжения объектов коммунальных и промышленных предприятий являются важнейшими проблемами современной экономики.

Относительная дешевизна и доступность высококалорийных углеводородных топлив (в первую очередь природного газа) за последние десятилетия привели к массовому сжиганию их в топках котельных агрегатов с целью производства низкопотенциального тепла (в Украине около 70% общего потребления). В условиях разрастающегося энергетического кризиса и непрерывного роста цен на топливо реализация такого энергозатратного теплоснабжения является крайне нерациональным и расточительным способом использования ценных энергоресурсов, что расценивается в настоящее время как «признак технической отсталости » .

С позиции законов термодинамики, основная задача теплоснабжения, например, отопления, заключается в компенсации необратимых потерь тепла через изолирующие поверхности в окружающую среду путем подвода необходимого теплового потока Q (Вт), состоящего из смеси эксергии  (превратимая энергия) и анергии  (энергия теплоносителя при температуре равной температуре окружающей среды  и поэтому не являющаяся эксергией):

.

 

При этом, в зависимости от методов формирования требуемого количества анергии , существует несколько принципиально различных возможностей создания греющего теплового потока Q.

Широко применяемый в настоящее время традиционный способ

заключается в том, что берут поток чистой эксергии E1 (например, химическую энергию топлива, электрическую, механическую или энергию какого-либо физического поля) и создают из него греющий тепловой поток: E1Q1. Таким образом, необходимая для нагрева анергия , имеющаяся в наличии в неограниченном количестве (энергия окружающей среды), в данном случае «производится» из первичной ценной эксергии E1. К таким энергозатратным устройствам относятся водогрейные котлы, электронагреватели, гидравлические теплогенераторы и многие другие теплотехнологические системы.

Так как необходимая для нагрева теплоносителя отопления эксергия  составляет обычно лишь малую часть потока Q, то степень энергоэффективности  таких систем крайне низкая

 

,

 

где  – коэффициент теплоиспользования (т. н. энергетический к.п.д. котельного агрегата, учитывающий только прямые потери при передаче энергии E1 в форме тепла: «излучение» от корпуса, потери с выхлопными газами, химический и механический недожог и т.д.);

 – средняя температура теплоносителя (нагреваемого потока) в процессе передачи энергии.

Данная расчетная зависимость не учитывает (обычно принимаемое условие в современной теплоэнергетике) незначительное различие между удельной эксергией  и теплотворной способностью  топлива.

Согласно зависимости, например, при нагреве оборотной воды отопления от 30 до 70oC и характерных значениях определяющих параметров  = 0,8…0,9 и To.c = 263…273K степень энергоэффективности теплоснабжения  = 0,12…0,15. Следовательно, в данном случае около 90% подводимой энергии топлива E1, , выбрасывается в окружающую среду.

С позиции экономической целесообразности, традиционный способ может быть «оправдан» только лишь низкой стоимостью топлива и простотой конструкции водогрейных котлов.

Практическое решение проблемы может быть достигнуто в результате разработки перспективных методов термотрансформации низкопотенциального тепла и создания на их основе энергоэффективных систем теплоснабжения [2].

В работе предложен новый комбинированный цикл понижающего термотрансформатора, который обеспечивает эффективное преобразование подведенной энергии в поток теплоносителя системы теплоснабжения с необходимым температурным уровнем (50…90 0С). Разработка эффективной струйной термокомпрессорной установки для энергосберегающих систем отопления требует оценки влияния различных факторов на энергоэффективные показатели, что позволит перейти к оптимальному проектированию.

В связи с этим, поставлены следующие основные задачи исследования:

– термодинамическая оптимизация комбинированного цикла и выбор рабочих параметров;

– выбор жидкости циркуляционного контура термокомпрессорного модуля;

– разработка тепловой схемы струйного понижающего термотрансформатора системы теплоснабжения;

– разработка практических методик расчета показателей и характеристик энергетического оборудования понижающего термотрансформатора;

– подготовка технико-экономического обоснования целесообразности внедрения понижающего термотрансформатора в систему коммунального теплоснабжения.