Проблема для Замовника полягає у невідповідності фактичної витрати електричної енергії на експлуатацію існуючого парокомпресійного ТН сучасним вимогам до енергоємності аналогічних установок і недостатньо високою його теплопродуктивністю. Тобто на існуючому у Замовника ПТН питома витрата електричної енергії на одержання теплоти суттєво (на 20 % вища за аналогічні показники успішних установок, що збільшує совіртість відпущеної теплоти ві ПТН та зменшує фінансовий прибуток Замовника.
Етап 1. Парокомпресійний тепловий насос є споживачем електричної енергії. Стратегія енергозбереження для ПТН полягатиме у зменшенні абсолютної (W компрПТН) і питомої (е т/еПТН) витрат електричної енергії, та у збільшенні теплової потужності ПТН (Q т/еПТН) за рахунок збільшення відбору теплоти від її холодного джерела.
В нашому конкретному випадку:
4.11.2.1. Розрахункова формула для визначення годинної витрати електричної енергії на ПТН – W компрПТН, кВт.год/год, має вигляд:
W компрПТН = (L компрПТН / ηе.прив) · τ (11.17)
де:
ηе.прив – ККД електроприводу компресора. Визначається за паспортом електроприводу в межах від 0,90 до 0,95.
L компрПТН – фактичний обсяг механічної роботи, яку виконав компресор в системі ПТН за одну годину, кВт.год/год (кДж/с). Визначається за формулою:
L компрПТН = G X.AПТН · l компрПТН · τ = G X.A · (i 3 – i 2) · τ (11.18)
де:
G X.AПТН – масова витрата холодоагенту в системі ПТН, кг/с;
l компрПТН – питома фактична робота, що виконана компресором в системі ПТН, кДж/кг. Визначається за формулою:
l компрПТН = l оПТН/ ηкомпрПТН = (i 3 – i 2) / ηкомпрПТН (11.19)
де:
l оПТН – питома ізоентропна (адіабатична) робота, що виконана компресором в системі ПТН, кДж/кг. Визначається за формулою:
l оПТН = (i 3а – i 2) (11.20)
i 3 – ізоентропна (адіабатна) ентальпія холодильного агенту на виході з компресора за умови ізоентропного (адіабатного) стискання в ньому холодоагенту, кДж/кг. Визначається за діаграмою стану холодагенту відповідно до експлуатаційного тиску в конденсаторі.
τ – термін часу, за який визначається електрична потужність, що спожита компресоромτ= 1 год/год;
i 4 – фактична ентальпия холодильного агенту (у стані перегрітої пари) на виході з компресора (на вході в конденсатор), кДж/кг. Визначається за діаграмою стану холодагенту відповідно до експлуатаційного тиску в конденсаторі.
ηкомпрПТН – експлуатаційний ККД компресора, од. Визначається за паспортом компресора з урахуванням терміну його експлуатації.
11.4.2.2. Розрахункова формула для визначення годинного обсягу одержаної від ПТН (від його конденсатора) теплової енергії– Q т/еПТН, Гкал(т)/год,, в розмірному вигляді має вигляд:
Q т/еПТН = G X.A · (i 3 – i 4) (11.20)
де:
G X.A – масова витрата холодоагенту в системі ПТН, кг/с;
i 3 – фактична ентальпія холодоагенту (у стані перегрітої пари) на вході в конденсатор (на виході з компресора), кДж/кг. Визначається з термодинамічного циклу ПТН відповідно експлуатаційному тиску у конденсаторі.
i 4 – фактична ентальпія холодоагенту (у стані насиченої або переохолодженої рідини) на виході з конденсатора, кДж/кг. Визначається з термодинамічного циклу ПТН відповідно експлуатаційному тиску у конденсаторі.
4.11.2.3. Розрахункова формула для визначення питомої витрати електричної енергії на одержання від ПТН теплової енергії – е п/еПТН, кВт.год/Гкал(т), має вигляд:
е п/еПТН = W компрПТН/ Q т/еПТН (11.22)
Етап 2. Макропоказниками енергоспоживання ПТН є:
- годинна витрата електричної енергії на привод компресора ПТН, що визначається формулою (11.11);
- механічна та електрична потужність, що споживаються компресором та його електроприводом;
- годинний обсяг теплової енергії, що відпускається ПТН, що визначається формулою (15.11).
Показником енергетичної ефективності ВУ є:
- питома витрата електричної енергії на одержання від ПТН теплової енергії, що визначається формулою (16.11).
Етап 3. За базу порівняння визначаємо ПТН європейського підприємства такої ж потужності, у якого і абсолютне, і питоме споживання електричної енергії, відповідно (W компрПТН)Lim і (е п/еПТН)Lim на 20 % менші.
Етап 4. Формування методики розрахунків становить пов’язане з громіздкими термодинамічними та теплотехнічними розрахунками. Тому в практиці енергозбереження використовують вже розроблене програмне забезпечення для його застосування на ПЕОМ.Методика розрахунку зводиться до формування системи вихідних даних та використання вибраного програмного забезпечення.
Етап 5. Енергетичні недосконалості існуючої ВУ виявляються шляхом порівняння фактичних параметрів ПТН та параметрів ПТН – бази порівняння.
Енергетичними недосконалостями існуючого ПТН є:
- низький ККД компресора;
- відсутність контуру переохолодження холодоагенту;
- низький температурний рівень джерела низькотемпературної теплоти;
- низька теплота пароутворення (конденсації) холодоагенту.
Таким чином, в існуючому ПТН виявлено чотири вузли енергетичної недосконалості (ВЕН), що обумовлюють його енергозатратність.
Етап 6. Формуємо повний перелік задач та технічних рішень, що ліквідують всі чотири виявлених ВЕН, а саме:
- підвищити ККД компресора, технічні рішення відомі;
- здійснити переохолодження холодоагенту, технічні рішення відомі;
- підвищити температурний рівень джерела низькотемпературної теплоти, технічні рішення відомі;
- підвищити теплоту пароутворення (конденсації) холодоагенту, технічні рішення відомі.
Етап 7. Формуємо перелік пропозицій на перший (він же завершальний) етап робіт з енергозбереження, включивши в нього ліквідацію трьох виявлених ВЕН.
Перелік пропозицій з енергозбереження включає в себе:
- впровадити технічні рішення з підвищення ККД компресора за рахунок його капітального ремонту;
- впровадити в систему ПТН контур переохолодження рідкого холодоагенту з конденсатора, використавши додаткову поверхню теплообміну та низький температурний рівень “холодного” джерела енергії;
Від заміни існуючого холодоагенту на холодоагент з більшою теплотою пароутворення (конденсації) вирішено утриматись, оскільки це вимагало би значних капітальних затрат на реконструкцію всіх теплообмінних контурів ПТН.
Етап 8. Експлуатаційними ефектами та параметрами удосконаленої ВУ будуть:
- зменшена абсолютна витрата електроенергії на ПТН;
- зменшена питома витрата електричної енергії на відпуск теплоти від ПТН.
Очікуваним результатом робіт з енергозбереження є зменшена витрати електричної енергії, що визначена за ф-лою (11.11) шляхом підстановки в неї змінених проектно-очікуваних (енергоощадних) параметрів, визначених на 6-му етапі.
Етап 9. Оскільки всі виявлені ВЕН були ліквідовані за один етап (тобто на 1-му етапі) то проектно-очікувані показники всії роботи будуть аналогічними, визначеним на 8-му етапі.
Етап 10. Економічним показником реалізованих робіт з енергозбереження буде зменшення витрат коштів на закупівлю електричної енергії для ПТН з урахуванням збільшення надходження коштів за відпущену від ПТН теплову енергію – Δ S, грн/міс (одиницю виміру часу потрібно узгодити із Замовником робіт). Відповідне визначення Δ S буде здійснено за формулами:
ΔS = S 1 – S 2, (11.23)
S 1 = (W компрПТН)до · C е/е (11.24)
S 2 = (W компрПТН)після · Cе/е (11.25)
де:
S 1– витрата коштів на закупівлю від РЕС електроенергії для ПТН до проведення робіт з енергозбереження, грн/міс;
S 1– витрата коштів коштів на закупівлю від РЕС електроенергії для ПТН після проведення робіт з енергозбереження, грн/міс;
C е/е– закупівельна вартість електроенергії від РЕС, грн/кВт.год.
(W компрПТН)до– місячна витрата елктроенергії для ПТН до проведення робіт з енергозбереження, грн/міс
(W компрПТН)після – місячна витрата елктроенергії для ПТН після проведення робіт з енергозбереження, грн/міс.
