На 1 представлены некоторые возможные схемы включения ТНУ с электроприводом в централизованную систему теплоснабжения. анализируется несколько вариантов.

Используется теплота низкопотенциального источника для подачи ее в испаритель ТНУ и принцип. возможность догрева воды для ГВС после конденсатора ТНУ водой из подающего трубопровода тепловой сети. Подача теплоты к испарителю ТНУ возможна непосредственно теплоносителем источника теплоты или с использованием промежуточного теплоносителя, циркулирующего под воздействием насосов с механическим приводом, или с использованием тепловых труб (ТТ).

Конструкция ТТ для передачи теплоты от источника к испарителю ТНУ – конструкция гравитационной ТТ (термосифона) схематично представлена на Аналогичная была рассчитана и спроектирована по методике, изложенной в [12, 13], при непосредственном участии авторов этих работ реализована в 1981 году недалеко от Неаполя (Италия) для прямого теплоснабжения жилого здания с использованием теплоты термальных вод. На 2 в Т–S диаграмме показана принципиальная схема циклов, происходящих в элементах ТНУ. Подведенная теплота к испарителю ТНУ используется для испарения хладагента (рабочего теплоносителя ТНУ); цикл 5–1 кДж/кг.

Далее пары хладагента сжимаются в компрессоре КМ ( 1, 2, цикл 1– . При этом затрачивается внутренняя работа компрессора lВ, определяемая разностью энтальпий м. точками 2’–1, деленной на адиабатный КПД компрессора (кДж/кг).

После компрессора пары хладагента поступают в конденсатор КТНУ, конденсируются и затем конденсат охлаждается в переохладителе ( . Количество полученной теплоты для системы ГВС определяется разностью энтальпий м. точками 2–4 (кДж/кг).

В зависимости от величины tВ2 ( переохладитель конденсата может не использоваться или выполняться воедино с конденсатором. При таком включении возможны варианты: когда tВ4 = tВ5, т. е. вода для ГВС полностью нагревается в ТНУ до требуемой температуры, или частично до некоторой величины tВ4 и далее догревается до tВ5 в теплообменнике с использованием теплоты сетевой воды подающего трубопровода. Подключение теплообменника может быть параллельным или последовательным к системе отопления в зависимости от конкретных условий. Доля теплоты, переданной ТНУ (Q’ТНУ), в этом случае определяется отношением разности температур м. tВ4 и tВ2 к полному перепаду температур (tВ5 – tВ2).

После переохладителя хладагент дросселируется в дросселе ( 1, 2, цикл 4– .

k трансформации (преобразования) теплоты µ определяется отношением полученной теплоты qГВС к затраченной работе lКМ = lВ/hЭМ; hЭМ – электромеханический КПД привода.

Для анализа эфф. использования ТНУ в рассматриваемой схеме включения, на основе энергетического баланса цикла ТНУ и при переходе к стоимостным показателям, в данной работе получено соответствующее соотношение, в котором используются:

ЦТ – удельная стоимость используемой теплоты сетевой воды (руб./Гкал);

ЦЭ – удельная стоимость используемой электроэнергии (руб./Гкал).

В работе для наглядности используются размерности, пока так же широко применяемые во множественных организациях: кВт•ч, Гкал; 1 кВт•ч = 3 600 кДж = 0,859•103 Гкал; 1 руб./(кВт•ч) = 1 164 руб./Гкал.

На 3 представлено влияние удельной стоимости замещаемой теплоты при использовании ТНУ (при Q’ТНУ = , коэффициента трансформации теплоты, удельной стоимости используемой электроэнергии на эффективность использования ТНУ в рассматриваемых случаях. Все расчеты, в качестве примера, приводятся для рабочего теплоносителя ТНУ хладона R22 и соответствующих взаимосвязей:
µ = f (tВ4, tВ2, tИСТ) [11]. Как видно из рисунка, при увеличении коэффициента трансформации теплоты, уменьшении стоимости электроэнергии, увеличении стоимости теплоты, замещаемой ее выработкой ТНУ эффективность использования ТНУ резко возрастает.

При уменьшении разности температур Dt = (tВ4 tИСТ) k трансформации теплоты увеличивается ( , т. к. уменьшаются затраты энергии на привод компрессора ( 2, цикл 1–2а). Это приводит к увеличению эфф. использования ТНУ. На 5 показано влияние температуры источника теплоты на эффективность работы ТНУ при tВ4 = = tВ5, т. е. Q’ТНУ = Но с уменьшением температуры tВ4 возникает необходимость догревать воду для системы ГВС до требуемой tВ5, используя теплоту сетевой воды стоимостью ЦТ. При этом доля теплоты Q’ТНУ, произведенная в ТНУ, уменьшается. На 6 показано влияние Q’ТНУ на эффективность использования ТНУ для различной стоимости теплоты сетевой воды при  ЦЭ = 1,1 руб./(кВт•ч), tИСТ = 15 °C, tВ5 = 55 °C, tВ2 = 25 °C. Из графиков следует, что максимальное значение Эф достигается при Q’ТНУ = При уменьшении ЦТ эффективность Эф падает и при определенной стоимости замещаемой теплоты от теплосети может стать отрицательной.

изучим вариант использования теплоты сетевой воды из обратного трубопровода с температурой tИСТ = tВС при tВ4 = tВ5.

На 1 представлена схема включения ТНУ для данного случая, обозначенная пунктирной линией. Необходимое количество теплоты в испаритель ТНУ поступает только от сетевой воды из обратного трубопровода стоимостью ЦТ. Из анализа соотношения, полученного в данной работе, следует, что экономический эффект при использовании ТНУ с электроприводом в этом случае возможен только при соотношении тарифов на замещаемую теплоту и электроэнергию: ЦЭ / hЭМ < ЦТ.

На 7 показана область (ниже линии , где Эф > 0 при hЭМ = 1.

С уменьшением hЭМ уменьшается и ЦЭ, т. е. линия, определяющая Эф = 0, становится более пологой. Это справедливо для данного отдельного узла. В системе же это приводит к увеличению разности температур м. теплоносителями в подающем и обратном трубопроводах, и, как следствие, возможно уменьшение расхода теплоносителя, затрат энергии на его перекачку, диаметров трубопроводов. Но это отдельная задача, которую необходимо решать.

Проведенные исследования показывают, что в себестоимость теплоты, произведенной ТНУ с электроприводом, существенную часть вносят энергетические затраты ЦТЭН, которые в значительной мере зависят от температурного уровня источника теплоты и тарифов на электроэнергию ( .

Из рисунка следует, что при определенных тарифах на электроэнергию и температуре используемой низкопотенциальной теплоты, например теплоты канализационных стоков [8], грунта земли [9], воды рек и водоемов [10], энергетическая составляющая в себестоимости теплоты, произведенной в ТНУ, может быть соизмеримой с общей себестоимостью теплоты, выработанной другими источниками.

Поэтому к использованию ТНУ в системах теплоснабжения необходимо подходить взвешенно, с учетом всех конкретных условий. В [7], например, демонстрируется, что использование для привода ТНУ двигателей внутреннего сгорания (ДВС) или в сочетании ТНУ с другими энергоустановками существенно увеличивает эффективность их применения.

Литература
Андрющенко А. И. Сравнительная эффективность применения тепловых насосов для централизованного теплоснабжения // Промышленная энергетика. 199 № С. 2–4.

Везиришвилли О. Ш., Меладзе Н. В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло и хладоснабжения. М.: МЭИ, 1994.

Данилов В. В. Повышение эфф. системы централизованного теплоснабжения на основе применения технологии тепловых насосов // Энергосбережение и водоподготовка. 200 № С. 5–14.

Мартыновский В. С. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов / Под ред. В. М. Бродянского. М.: Энергия, 1979.

Пустовалов Ю. В. Экономические вопросы развития теплонасосных станций // Теплоэнергетика. 198 № С. 24–28.

Янтовский Е. И., Левин Л. А. Промышленные тепловые насосы. М.: Энергоатомиздат, 1989.

Николаев Ю. Е. Основы повышения эфф. тепло

снабжающих комплексов городов. Дис. дра техн. наук. Саратов: Гос. техн. унт, 2003.

Шилкин Н. В. Утилизация тепла канализационных стоков // Сантехника. 200 № С. 12–13.

Васильев Г. П., Шилкин Н. В. Использование низкопотенциальной тепловой энергии земли в теплонасосных установках // . 200 № С. 52–60.

1 Салимов М. Экономия энергоресурсов за счет использования бросового тепла рек и водоемов. С данным материалом можно ознакомиться на http://msalimov.narod.ru/Util.htm.

1 Мартынов А. В. Установки для трансформации тепла и охлаждения: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989.

1 Shelghinski A. Tubi di calore a media temperatura. // ATTI del XXXVI Congresso Nazionale ATI dell’ Associazione Termotecnica Italiana. Viaregio, Vol. 198 pp. 739–752.

1 Casarosa C., Latrofa E., Shelghinski A. Effetto geyser nel termosifone bifase // ATTI del XXXVI Congresso Nazionale ATI dell’ Associazione Termotetecnica Italiana. Viareggio. Vol. 198 pp. 753–768.