ГРЭСТЭЦ

Парокомпрессионный ТНQт = 1,0

N = 0,35

Qп = 0,65

Qн.п. = 0,85 - 1,75

Qп.т. = 1,2 - 2,1

Парокомпрессионный ТНДВСQт = 1,0

Qп = 0,65

Qп.т. = 1,7 - 2,6

Qв = 0,5

N = 0,35

А

Б

Абсорбционный ТНQп.т. = 1,2 - 1,7

Qн.п. = 0,85 – 1,75

Qн.п. = 0,2 – 0,7

Qт = 1,0В

Энергетическая диаграмма получения тепла с помощью тепловых насосов

Tконд 50°С

Tконд 55°С

Tконд 60°С

Tконд 65°С

Tконд 70°С

Tконд 75°С

Tконд 80°С

Tконд 85°С

Tконд 90°С

Термодинамические параметры и

расчетные показатели с НДС tкип 0°С

tкип 0°С

tкип 0°С

tкип 0°С

tкип 0°С

tкип 0°С

tкип 0°С

tкип 0°С

tкип 0°С

Максимальная удельная выработка тепловой энергии, выработанной в

ТОТН и полезно используемая потребителем

qтп. = qmах.- q реген, кДж/кг

q т.п

. уд

=18

1,2

04

N e

уд

=3

3,8

94

2

q т.п

. уд

=18

4,2

31

N e

уд

=3

6,9

20

5

q т.п

. уд

=18

7,3

19

N e

уд

=4

0,0

08

3

q т.п

. уд

=19

0,5

31

N e

уд

=4

3,2

21

2

q т.п

. уд

=19

3,9

62

N e

уд

=4

6,6

52

0

q т.п

. уд

=19

7,4

39

N e

уд

=5

0,1

29

2

q т.п

. уд

=20

1,0

36

N e

уд

=5

3,7

24

2

q т.п

. уд

=20

5,2

99

N e

уд

=5

7,9

88

7

q т.п

. уд

=21

0,2

94

N e

уд

=6

2,9

81

3

Коэффициент преобразования, ф 5,346 4,99 4,682 4,408 4,158 3,939 3,742 3,540 3,339

Стоимость тепла ТОТН, Стотн, руб/Гкал,

488,9 522,1 554,9 588,0 621,9 655,2 688,5 726,4 768,7

Горячее водоснабжение. Максимальное

полезное использование тепла

традиционного одноступенчатого теплового насоса

(ТОТН)

Срок окупаемости, n, лет 2,48 2,80 3,21 3,76 4,57 5,80 7,93 13,63 68,82

Минимальная полезная удельная тепловая энергия (без тепла ЖРТ),

переданная потребителю с использованием тепла ЖРТ только

на регенерацию

qтпmin = qmax-qжрт+qреген,

кДж/кг;

q т.п

. уд

=14

7,9

74

N e

уд

=3

3,8

94

2

q т.п

. уд

=14

4,8

01

N e

уд

=3

6,9

20

5

q т.п

. уд

=14

4,6

69

N e

уд

=4

0,0

08

3

q т.п

. уд

=14

4,7

41

N e

уд

=4

3,2

21

2

q т.п

. уд

=14

3,9

32

N e

уд

=4

6,6

52

q т.п

. уд

=14

0,9

09

N e

уд

=5

0,1

29

2

q т.п

. уд

=14

0,0

86

N e

уд

=5

3,7

24

2

q т.п

. уд

=13

9,5

03

N e

уд

=5

7,9

88

7

q т.п

. уд

=13

7,8

61

N e

уд

=6

2,9

81

3

Коэффициент преобразования, ф 4,366 3,922 3,616 3,349 3,085 2,811 2,608 2,406 2,189

Стоимость тепла ТОТН, Стотн, руб/Гкал

593,4 657,9 711,6 766,5 830,1 908,8 977,7 1057,

8 1160,

4

Полезное использование тепла

ТОТН только на отопление, без ГВС

Срок окупаемости, n, лет 5,71 8,74 17,1 84,8 === === === === ===

Показатели работы традиционного одиночного теплового насоса (ТОТН) при различных температурах конденсации

рабочего тела вплоть до tконд=+ 90°С в зависимости от доли полезно используемого тепла, выработанного в ТН.

В расчетах использовались экономические показатели (стоимость ТН теплопроизводительностью 1 Гкал/час – 6,3 млн.руб; стоимость электроэнергии – 2,1402 руб/кВт*ч с НДС и стоимость альтернативного традиционного тепла от газовой котельной –

779,15 руб/Гкал с НДС), существовавшие в г. Новосибирске на 1.03.09.

Температура, °С +8 +7 +6 +5 +4 +3 +2 +1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15

Прямой сетевой воды

Т1 50 51 51 52 52 52 52 53 53 54 54 55 57 58 59 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Обратной сетевой воды

Т2 37 38 39 40 40 40 41 41 41 42 43 43 44 45 46 47 47 48 49 50 51 52 53 54

Температура, °С -16 -17 -18 -19 -20 -21 -22 -23 -24 -25 -26 -27 -28 -29 -30 -31 -32 -33 -34 -35 -36 -37 -38 -39

Прямой сетевой воды

Т1 69 70 71 72 73 74 75 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 92 93 94

Обратной сетевой воды

Т2 55 56 57 57 58 59 60 61 61 62 63 63 64 65 65 66 67 68 68 69 69 70 71 72

Зависимость температур прямой и обратной сетевой воды в теплонасосном отоплении от температуры наружного воздуха.

Потребитель

Компрессор

Конденсатор

Регенератор

Испаритель

ДроссельВода НПИ

Схема традиционного теплового насосаTS – диаграмма реального отопительного цикла

Q полезн.T

Q нпи.

Ne

Q регенер.

Q перегр.

Q ж.ф.

T конд.=100°С

X1= 27,1%

8

2

1

S

31

32

41

42

51

52

X2= 49,8%

61

62

72

71T конд.=60°С

e

нп

e

потртепло

N

QX

N

Q

)1(1

_

T кип=0°С

11,413,5

15,7 17

61,5

54,6

47,5

43,8

27,2

31,9

36,839,3

72,9

68,1

63,260,8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Q перегретых паров Q конденсации Q жидкого рабочего тела Q полезного теплонасосного

тепла, переданного

потребителю

Доли вырабатываемого в ТОТН теплонасосного тепла для систем отопления при различных

температурах конденсации в %

Т конд = 60°С; Т кип = 0°С Т конд = 70°С; Т кип = 0°С

Т конд = 80°С; Т кип = 0°С Т конд = 85°С; Т кип = 0°С

ф =

3,3

ф =

2,7

ф =

2,5

ф =

2,1

5

Калининград

Санкт-Петербург

Сочи

ВолгоградКраснодар

Астрахань

Махачкала

Ставрополь

Ростов-на-Дону

Псков

Петропавловск-Камчатский

Магадан

Владивосток

Хабаровск

Находка

Южно-Сахалинск

Комсомольск-на-Амуре

Ткипения = 0°C

Ткипения = +10°C

Зоны возможного использования автономных и бивалентных теплонасосных систем для отопления в России

2

1’

14

3

3’

Т

S

Круговой цикл Лоренца 4-3’-2-1’-4

и круговой цикл Карно 4-3-2-1-4

Треугольный цикл Лоренца 4-1’-2-4

Q полн.

Система горячего водоснабжения (ГВС)

T

Q нпи.

Q перегр.паров

Q ж.р.т.

Q конд.р.т.

7 1

S

3

2

9

45

8

6

tконд = +75°С

tкип = 0°С

TQ полн.

Система отопления

Q нпи.

Q перегр.паров

Q ж.р.т.

Q конд.р.т.

7 1

S

3

2

9

45

8

10

tконд = +75°С

tкип = 0°С

6

X

TS-диаграммы парокомпрессионного обратного теплонасосного цикла в системах отопления и ГВС.

Линия 7-9 –изменение температуры питьевой воды, нагреваемой для ГВС

Линия 6-4 –температура конденсации рабочего тела, соответствующая линии 7-9 в каждой точке цикла

Линия 8-9 –линия нагреваемой сетевой воды для отопления

Линия 6-4 –температура конденсации рабочего тела, соответствующая изменению температуры нагреваемой сетевой воды 8 - 9

НТ 300

Конд 1

НТ 300

Исп 1

Компр 1

10°С

10°С

Кип.0°С

Конд.35°С

НТ 300

Конд 2

НТ 300

Исп 2

Компр 2

10°С

Кип.0°С

Конд.55°С

НТ 300

Конд 3

НТ 300

Исп 3

Компр 3

10°С

Кип.0°С

Конд.75°С

30°С 50,3°С 71°С

К потребителю

Вода НПИ 4°С сброс

Вода НПИ 10°С

30°С 50,3°С

10°С 10°С 10°С

4°С 4°С 4°С

Парокомпрессионный теплонасосный цикл с трехступенчатой конденсацией и одноступенчатым кипением (приближение к циклу Лоренца)

Температура кипения раб.тела tкип=0°С

Термодинамические параметры и расчетные показатели с НДС tкон 60°С

tкон 65°С

tкон 70°С

tкон 75°С

tкон 80°С

tкон 85°С

tкон 90°С

ф 4,682 4,408 4,158 3,939 3,742 3,540 3,339

Смтн, руб/Гкал

554,9 588,0 621,9 655,2 688,5 726,4 768,7

n, лет 3,21 3,76 4,57 5,80 7,93 13,63 68,82

Капитальные затраты на одиночный тепловой насос НТ-1000.

Qтп≈1,0…1,1 Гкал/ч К=6,3 млн.руб/Гкал.

Стоимость эл.энергии Сэл. = 2,1402 руб/кВт*ч Стоимость традиционного тепла

Степ.кот. = 779,15 руб/Гкал Данные на 1.03.09.

Традиционный одиночный тепловой насос НТ-1000 (ТОТН)

Qтп = 1,0…1,1 Гкал/ч. Рабочее тело – хладон R12

Температура холодной воды = +5°С

Компрессор - винтовой Qтп,

Гкал/ч 1,105 1,100 1,110 1,110 1,110 1,100 1,100

ф 7,082 6,786 6,422 6,129 5,918 5,637 5,493

Смтн, руб/Гкал

375,3 390,1 410,9 429,4 443,9 464,9 476,4

n, лет 2,49 2,59 2,73 2,88 3,00 3,20 3,33 Вариант 1 (меньшие капитальные

затраты)

Qтп, Гкал/ч

1,028 1,022 1,014 1,005 0,993 0,980 0,967

ф 8,286 7,812 7,398 7,047 6,855 6,679 6,406

Смтн, руб/Гкал

323,7 341,9 359,7 376,5 386,4 396,0 411,9

n, лет 2,84 2,96 3,09 3,22 3,30 3,38 3,52

Приближение к циклу Лоренца

Вариант 2 (большие капитальные

затраты)

Qтп, Гкал/ч

1,031 1,025 1,019 1,012 1,005 0,996 0,986

Сравнительные результаты работы ТОТН и МТН в системе ГВС.

Исходные параметры и расчетные показатели

Тип теплонасосного цикла

Те

мп

ер

ату

ра

ки

пе

ни

я

ра

бо

че

го т

ел

а,

°С

Те

мп

ер

ату

ра

ко

нд

ен

са

ци

и

ра

бо

че

го т

ел

а,

°С

Те

мп

ер

ату

ра

нагр

ето

й

во

ды

дл

я Г

ВС

, °С

Ед

ин

ич

на

я

те

пл

оп

ро

изв

од

ител

ьн

ос

ть

,

Гка

л/ч

Уд

ел

ьн

ый

ра

сх

од

эл

ектр

оэн

ер

гии

на

пр

ив

од

ТН

, кВ

т*ч

/Гка

л

Се

бе

сто

им

ос

ть

те

пл

он

ас

ос

но

го т

еп

ла

,

ру

б/Г

кал

Ко

эф

фи

ци

ен

т

пр

ео

бр

азо

ва

ни

я, φ

Ср

ок о

ку

па

ем

ос

ти

, л

ет

Традиционный парокомпрессионный одноступенчатый теплонасосный цикл.

Компрессор винтовой НТ-3000 1шт 0 75 70,0 2,0143 295,3 655,3 3,9386 5,8

НТ-300 №1 0 17,0 12,0 0,3492 94,95 226,5 12,248

НТ-300 №2 0 29,0 24,0 0,3520 140,43 323,8 8,2817

НТ-300 №3 0 41,0 36,0 0,3458 174,48 396,7 6,6656

НТ-300 №4 0 53,0 48,0 0,3343 205,04 462,1 5,6721

НТ-300 №5 0 64,0 59,0 0,3265 242,7 542,8 4,7916

Парокомпрессионный теплонасосный цикл с шестиступенчатым МТН

(приближение к «треугольному» циклу Лоренца).

Компрессоры поршневые.

НТ-300 №6 0 75,0 70,0 0,3160 281,5 625,7 4,132 Км

тн

/ К

тр

ад

иц

= 1

,89

nм

тн

= 3

,23

го

да

Суммарные и средние показатели шестиступенчатого УТН

0238,26

1

тп Q Гкал/ч Ne удельн.средн. МТН = 165,03 кВт*ч/Гкал

фсредн.утн = 7.047 Степло средн. МТН = 376,5руб/Гкал

Степло от котельной газ. = 779,15 руб/Гкал. Данные на 1.03.2009г.

Сравнительный анализ эффективности традиционного одиночного НТ-3000 с шестиступенчатым МТН равной теплопроизводительности при работе в системе ГВС.

Компрессор

Конденсатор

Регенератор

Испаритель

ДроссельВода НПИ

Схема универсального теплового насоса

ТО1

1 1

1

2

2

34

4

44

РГ

ТОТрадиц. радиат.

отопления

Теплый воздух

Помещ.1

6

6

6

На ГВС

5

Охлажд. воздух на сброс

Наружный воздух

5

5

РГ

Помещ.2

6 5

РГ

Помещ.N

6 5

Холодная вода на ГВС ТО – Воздушный теплообменник

ТО1 – Водо-фреоновый теплообменник

3

4

5

6

7

8

9

60 65 70 75 80 85 90

1-ступенчатый ТН

3-х ступенчатый ТН

6-ступенчатый ТН

Изменение коэффициентов преобразования в тепловых насосах разных

конструкций при использовании в системе ГВС

Тконд-Ткип (при Ткип = 0°С)

φ

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

60 65 70 75 80 85 90

1-ступенчатый ТН

3-х ступенчатый ТН

6-ступенчатый ТН

Котельная

Тконд-Ткип (при Ткип = 0°С)

Степла ГВС,

руб/Гкал

Изменение стоимости теплонасосного тепла в различных конструкциях теплового

насоса, работающего в системе ГВС

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

60 65 70 75 80 85 90

1-ступенчатый ТН

3-х ступенчатый ТН

6-ступенчатый ТН

Ne уд,

кВт*ч/Гкал

Тконд-Ткип (при Ткип = 0°С)

Изменение удельного расхода электроэнергии на выработку одной Гкал тепла в

тепловых насосах разных конструкций