Уважаемые специалисты!
Как всем извество, вопросы утилизации тепла очень актуальны. Меня каснулся этот вопрос недавно. Хочу поделиться мыслями и получить рекомендации.
Проектируем электрическую подстанцию. Имются помещения с суммарными тепловыделениями порядка 500кВт. Раньше эти тепловыделения посредствам механической вентиляции выбрасывались в атмосферу. Теперь необходимо эту теплоту утилизировать. Разрабатываю принципиальную схему утилизации тепла с использованием тепловых насосов.


Прошу высказать своё мнение.

Так же пока не могу разобраться как расчитать объем буферной ёмкости.

Логическая ошибка - масса воздуха с избытком энтальпии выбрасывается из помещения, а чем восполняется?
Откуда-то ведь будет "подсасываться" холодный воздух, создавая дискомфорт. Вы лучше, вместо вытяжки поставьте приточно - вытяжную установку с рекуператором, а систему отопления этих помещений переведите на автоматику по внутреннему воздуху. Экономия по водяной системе пусть идет на отопление других объектов. У Вас получается пятое колесо Эффективность рекуперации вода- воздух - не более 75% (уже проигрываете в эффективности прямой системе воздух-воздух) далее тепловой насос - по затратам эл. энергии на компрессор еще - не менее 25 % энергии. Сравнивайте и выбирайте. Про цену вообще не упоминаю даже.

Не путайте человека! Все он правильно думает. Вопрос состоит только в нормативных значениях температуры в обслуживаемом помещении. Если постоянного пребывания людей нет и +5, то отличное решение. Если люди есть, то возможно целесообразно завести часть воздуха на рекуператор. Но только часть. Ровно столько, сколько необходимо для нагрева воздуха. При 500 кВт теплоизбытков маловероятно, что потребуется больше 100 на вентиляцию.

Испытатель, спасибо за ответ. Начну по порядку:


Организованный приток через решетки в наружных стеных. На схеме он показан.

Это помещения с технологическим оборудованием. Воздухообмен расчитан на ассимилицию тепла.

Я не до конца описал картину. На проектируемой электрической подстанции есть 3 здания: 1 - в котором установлен трансформатор и ещё ряд оборудования с большими тепловыделениями (в тепле не нуждается). Расчетная температура в теплый период 40°С, в зимний 30°С (30 - максимальная температура работы тепловых насосов в режиме отопления, 40 - максимальная температура для работы оборудования, заданная смежным отделом).2 и 3 здания - АБК и проходная, стоят на расстоянии 20 м от здания №1. Вот от сюда и вопрос: как транспортировать теплоту от одного здания к другому.

Ратман
Поставщики оборудования гарантируют температуру воды на выходе из теплообменника фреон/вода 60°С. Систему отопления планирую расчитать на температурный график 55-50 (большое кол-во отопительных приборов не пугает). Расчетная температура в помещении 20°С.

Пришло на ум более красивое решение - поставить тепловые насосы воздух-вода либо вода-воздух (работающие на холод) в самом помещении с теплоизбытками, либо в смежных помещениях (если воду в помещения завести нельзя).
В качестве отопительных приборов лучше использовать фанкойлы.

Утилизировать тепло со всего объема, думаю, лучше, нежели по помещениям разносить ТН.
Чем лучше использовать фанкойлы? Я их не разу не расчитывал, подскажите с расчетом.

Как быть с избытками тепла в теплый период? Может быть подумать об утилизации тепла на нужды горячего водоснабжения, потребность в котором круглый год.

Избытки тепла в теплый период планирую выбрасывать в атмосферу минуя помещение с ТН. Потребность в ГВС минимальная, на подстанции практически нет обслуживающего персонала. Но вот если это тепло как-то в холод преобразовать...

Тепло в холод не получится, не выгодно. Аккумулирующую емкость наверное можно сделать одну а не две. Методика расчета емкости приведена в книге Беловой Системы кондиционирования с чиллерами и фэнкойлами.

Если здания с теплоизбытками и совсем не нуждаются в отоплении - ставьте утепленную линию с гликолем и два блока теплообменников (один на выхлоп из помещений с теплоизбытками, второй на предварительный подогрев воздушного отопления того здания, где отопление требуется. Воздушное отопление "дополните водяным" автоматизированным на внутреннюю температуру воздуха. Комплексный КПД утилизации будет все равно выше чем у варианта с тепловыми насосами, а надежность/стоимость и подавно. Вам решать - в любом случае.

Ну что вы, извините, ерунду пишите? Какой предварительный подогрев воздушного отопления? Во первых, теплоноситель с этого контура будет иметь хреновенькие параметры, и калориферы нужны будут ацкого размера, чтобы утилизировать все 500 кВт тепла, во-вторых, приточная вентиляция вспомогательных зданий подобных комплексов обычно не потребляет столько тепла (если ее вообще устраивают), в-третьих потери на трассах будут тоже не маленькие.
Используя же тепловые насосы получается теплоноситель с нормальными параметрами, который можно использовать для любых нужд.

Теплицу ставьте рядом

Этот вариант я тоже рассматривал. Не спорю, по цене и надёжности он превосходит ТН, но почему Вы решили что и по КДП он лучше (считали, или догадываетесь?)

Воздушное отопление "дополните водяным"...
Вы имете ввиду 2ой теплообменник из контура утилизации установить в ПУ или что-то другое?

Пробовал подобрать эти теплообменники с промежуточным теплоносителем в программе от ВЕЗЫ, что-то ничего не вышло. Пишет что ничего не подобрано.

А куда вы тепло девать собираетесь тогда?
Разницы не будет большой - со всего объема или не со всего, поскольку тут важна будет производительность вентиляторов систем. На полной рециркуляции можно обеспечить более высокий расход воздуха через тепловой насос, чем при прямотоке.



Фанкойлы лучше использовать, поскольку они от обычных радиаторов отличаются наличием вентиляторов, поэтому при меньших размерах и меньших разницах температур подачи и обратки обеспечивают большие теплообмены.

Ратман, вентиляцию расчитал на все 3 периода. Летом, естественно, производительность будет больше переходного и зимнего периодов.
Да, вы правы, если подавать в помещение не холодный воздух, а рециркуляционный (t>tнар), снять тепла можно больше, но как Вы верно написал постом ранее .

Я не понял о какой разнице Вы говорите.

Тригенерация — это комбинированное производство электричества, тепла и холода. Холод вырабатывается абсорбционной холодильной машиной, потребляющей не электрическую, а тепловую энергию. Тригенерация является выгодной, поскольку дает возможность эффективно использовать утилизированное тепло не только зимой для отопления, но и летом для кондиционирования помещений или для технологических нужд. Такой подход позволяет использовать генерирующую установку круглый год. Впервые про это слышу. Кто-нибудь использовал?

eklmneka, расскажите лучше- куда вы собираетесь девать столько тепла, если у вас отапливаемых зданий там почти нету?

Еще также нужно сравнить стоимость тепловой и стоимость электрической энергии в данном регионе. И какой срок окупаемости у данной установки. Ведь что-бы получить 500 кВт тепловой энергии тепловой насос должен будет сжечь 170 кВт электроэнергии (коэффициент эффективности теплового насоса допустим равен 3), плюс энергия зарачиваемая насосами на циркуляцию теплоносителя, плюс затраты связанные с перерасходом отопительных приборов на параметры теплоностиеля 60/40 гр плюс затраты на сооружение всей этой системы. Еще нужно учитывать что КПД котла при производстве тепловой энергии 95 %, а КПД современной ТЭС не более 36 %. Как бы не получилось так что на производство 170 кВт электрической энергии необходимой для утилизации 500 кВт тепла, будет потрачено энергии больше чем вы собираетесь сэкономить.
Не знаю можно ли верить вот этому источнику, но судя по приведенным здесь данным стоимость 1 кВт тепловой энергии источника тепла на природном газе в 2-3 раза дешевле стоимости 1 кВт тепла полученого при помощи теплового насоса.
В любом случае для принятия окончательного решения необходимо сделать технико-экономический расчет, окупится ли данная система или нет.

Я когда гадаю- крещусь. На хамство (г-на "Ратман") не отвечаю, хотя очень могу. Повторяю - параметры утилизации для предварительного (подчеркиваю) подогрева приточно-вытяжных устройств давно просчитаны и замеряны на десять рядов. Приточно вытяжная установка может быть агрегатированной или разнесенной по модулям. Я Вам о разнесенной говорю. Вращающийся утилизатор ПВУ - до 92% утилизации, прекресно-точный - до 90%, развязанный калориферами через водо-гликолевый контур - до 75%. Утилизацию тепла выхлопного воздуха в ТН (воздух-вода) вы больше 75% не обеспечите, а обратная перекачка энтальпии из более холодного воздуха в воду потребует (согл. 2 закону термодинамики) еще энергию в виде электричества на привод компрессора. Это еще затраты - порядка 25 процентов от всего уже утилизированного тепла. Т.е. в самом лучшем случае Вы "поймаете" энергии на халяву - не более 56% от выкидываемой сегодня на улицу. Вот и сравнивайте достижимые уровни совокупной утилизации энергии. А вы что в первый раз слышите о ПВ установках с двухступенчатым подогревом? Тогда сочувствую. Если нужен расчет не гуглите, а обратитесь к фирмам изготовителям. Насколько я знаю в VTS Clima - считают бесплатно. Вы даже можете сами попробывать на их виртуальном сервере "on-line расчеты", предварительно зарегистрировавшись и получив код доступа.

Вот как? А вы ответьте все таки.. Куда девать такое количество приточного воздуха, на первый подогрев которого уйдет 500 кВт?

Есть помещения практически без тепловыделений большого объема, в которых нужен 1кратный ВО и поддержание t=5°C.


Внимание вопрос: дак что же эффективнее?!


Растолкуйте, пожалуйста. Как сказали выше, да как впрочем и заверяет производитель, на съем 500кВт тепловой энергии электрической (на компрессор в ТН) нужно в 3 раза меньше. Как же у Вас получился КПД 75%, когда он приближается к 300% (не вечные двигатель, т.к. теплота не берётся из неоткуда, а транспортируется из атмосферы)

из какого более холодного воздуха? у меня тепло нужно снять с воздуха t=30°C, а нагреть помещение до 20°С.

Нет не первый. Просто не использовал их.


СНиП 41.01.2003
приложение Д
ДОПУСТИМОЕ ОТКЛОНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПРИТОЧНОЙ СТРУЕ ОТ НОРМИРУЕМОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ОБСЛУЖИВАЕМОЙ ИЛИ РАБОЧЕЙ ЗОНЕ
При воздушном отоплении случай, когда "Размещение людей вне зоны..." для админитсративных дельта t=3,5, т.е. если в зимние период поддерживаю в помещении t=20°C, то при воздушном отоплении tпр<23.5? или можно температуру в приточной струе повысить?

Во-первых, коэффициент эффективности тепловых обычно выше 3 и составляет 4..5, во-вторых, природный газ есть далеко не везде, в-третьих, в той же таблице есть еще стоимость подключения, которая для газа довольно высока. Кроме того стоимость газа имеет тенденцию к росту.
ЗЫ. Я не являюсь сторонником повсеместного применения тепловых насосов, но в данном случае его применение ИМХО оправданно. Тем более с учетом того, что не нужно ни бурить скважины, ни зарывать водяные петли в обширные территории. И источник тепла для них довольно надежный.

испытатель, исходя из новых вводных, пожалуй, извинюсь.. Ваша идея не так плоха, если

Впрочем автор в схеме указывал, что тепло используется для систем водяного отопления..
eklmneka,
Вы определитесь для начала, сколько именно вам нужно тепла из этих 500 кВт.. Ну и если имеется газ, то да, дешевле будет использовать его.

Я поэтому и написал что нужно сделать расчет со сроками окупаемости данной системы. То что удастся утилизировать 500 кВт тепла не значит что в этих 500 кВт в течение всего отопительного периода нуждаются рядом стояшие потребители. Нужно прикинуть какая потребность в тепле в течение всего отопительного периода, то есть сколько от данной системы получится утилизировать тепла за весь отопительный сезон. Умножить полученное значение на стоимость тепловой энергии вычесть стоимость электроэнергии, потраченной на работу компрессоров тепловых насосов. На полученное значение значение поделить стоимость сооружения установок с тепловыми насосами. Если срок окупаемости более 10 лет то лучше вариант с тепловыми насосами не рассматривать.
Вариант утилизации тепла предлженный испытателем не требует больших затрат электроэнергии при эксплуатации системы и имеет более высокий коэффициент энергетической эффективности. Также невелики капитальные затраты на сооружение системы утилизации по сравнению с ситемой тепловых насосов.

AleksejCher, однако использование схемы с утилизацией тепла приточно-вытяжными установками с гликолевым контуром потребуется недешевая система вентиляции с немаленькими установками. Вопрос охлаждения (без утилизации) можно решить совсем дешево - аэрацией либо осевыми вентиляторами. Здесь же потребуется городить довольно дорогую и громоздкую систему.. В отличии от схемы утилизации, предложенной мною, когда ТН воздух-вода - находятся в самом помещении либо в смежном помещении..

Пожалуй поясню, почему я отстаиваю тепловые насосы.. Просто на нынешней работе довольно плотно общаюсь со службой эксплуатации здания торгово-развлекательного центра, котором установлены тепловые насосы с подключением по кольцевой схеме. Так вот служба эксплуатации весьма довольна данной схемой, поскольку несмотря на довольно большие площади ограждающих конструкций тепло из тепловой сети практически не потребляется, поскольку в ТРЦ даже в зимнее время в отдельных помещениях имеются значительные теплопоступления, а в отдельных имеется недостаток тепла. Пытаться утилизировать эти избыточные теплопоступления этилен-гликолевым контуром - бред, поскольку для этого потребовалось бы значительно увеличивать производительность систем вентиляции. Т.е., например, при установленном в помещении ТН вода-воздух его производительность будет равна 1000 м3/ч, при требуемой вентиляции, например 300 м3/ч. Ну и сами низкие параметры гликоля - (максимум будет нагреваться градусов до 20) делает его ни на что негодным, и данный факт делает бесполезным его "более высокий коэффициент энергетической эффективности". Здесь ситуация была бы похожая, если бы не наличие больших помещений с низкой нормируемой температурой и большими объемами воздухообменов.

Я не против схемы с тепловыми насосами, главное чтобы она окупилась. Кроме того сами тепловые насосы на производительность 500 кВт стоят не дешево. В любом случае нужно рассматривать все варианты. Возможно гликолевые теплообменники удастся включить в существующую систему вентиляции без затрат на сооружение новых систем.

Мне тоже схема с ТН нравится больше. Она более универсальна. При наличии желания и соответствующего финансирования можно сделать и тригенерацию. Можно продавать тепло соседним зданиям. Автоматизация поддерживания необходимой температуры помещений решается с помощью типовых решений. Выбрасывать тепло в атмосферу и сжигать при этом газ - это несовременно. Плевать на сроки окупаемости, завтра или через полтора года цена газа подскочит и никому эти сроки окупаемости будут не интересны. Короче - я за тепловые насосы.

Дело в том что при повышении цен на газ, стоимость электроэнергии резко повысится так как электроэнергия получатся путем сжигания того же газа или другого топлива на теплоэлектростанциях. 90 % электрической энергии в мире вырабатывается на ТЭС с коэффициентом эффективности всего 35%, остальное можно преобразовать в тепло. В связи с этим в некоторых регионах стоимость 1 кВт тепла получается ниже в 4-6 раз чем 1 кВт электроэнергии. Поэтому затраты на электроэнергию при утилизации тепла системой тепловых насосов могут получиться выше чем стоимость тепловой энергии на отопление зданий из тепловой сети или от котельной.

Да, для помещений с низкой нормируемой температурой, скорее всего остановлюсь на использовании приточно-вытяжных установок с гликолевыми контурами. Но есть не мало помещений с расчетной температурой 18-20 гр.C. Тут пока планирую использовать тепловые насосы с буферной ёмкостью для каждого здания.
Как расчитать объем этой ёмкости?

На электрических подстанциях, как правило, не используется ни газ ни централизованное теплоснабжение от внешнего источника.

Теперь все становится яснее. Поскольку других источников тепла нет, то применение тепловых насосов более чем оправдано.

Если под буферными емкостями вы имеете в виду аккумулирующие баки, то расчет объема приведен в книге Беловой Е.М. Системы кондиционирования с чиллерами и фэнкойлами. Только там расчет для системы холодоснабжения, но вам ничего не мешает пересчитать на систему теплоснабжения.

ИМХО. Не так все просто с утилизацией тепловой энергии.
Пример. Москва потребляет эл. энергию от ТЭЦ города.
Суммарный КПД (тепло+эл. энергия) =85%
КПД конденсационной эл. станции 33%
Технологии позволяют сегодня снизить затраты тепловой энергии до 0.000
Но приведет ли это к экономии топлива?
ТЭЦ перейдет в конденсационный режим - будет сбрасывать тепло в градирни и ее топливный КПД снизится с 85 до 33%..
ТЭЦ необходимо тепловое потребление.
В настоящее время в Москве ТЭЦ не обеспечены тепловой нагрузкой - частично работают в конденсационном режиме...
Этому много причин за рамками темы...
Проводить ТЭО по тарифу... сейчас все больше противоречит физике процессов да и здравому смыслу...
В настоящее время, в России, тариф, не в полной мере, мягко говоря, отражает ценность энергии.

Еще одно... может пригодится... в свое время классика жанра... примеры практических расчетов

Л. КИШ, НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Перевод с венгерского М. А. Бики
Под редакцией Г. Е. Тарле, Москва « Энергия» 1980

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

В последние годы ведущие крупные компании (АББ ит.п.) отводят теплоизбытки от силового оборудования "тепловыми трубами". .
Применительно к этому случаю.. мне нравится модная сейчас схема
Отвод тепла в грунт (годовая буферная емкость 40*) при помощи тепловых труб (сейчас до 20м)... А из грунта опять тепловыми трубами/термозондом теплового насоса...

Фактически тепло сейчас можно донести до отопительного прибора/теплой стены/пола на прямую... без затрат энергии..

Вот теплые полы на базе тепловых труб... Подольск

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Если просто за стенку...

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Из продвинутых в России Протвинский филиал "ФГУП "НИИ НПО "Луч"
Несколько ссылок в России, Украине, Беларусии

http://www.luch.podolsk.ru/termpipe.htm
http://palmira-057.narod.ru/truba.html
http://innovaset.ru/2-post2.html
http://lab-hp.kiev.ua/Albom.shtml

Специалисты, а был ли у кого опыт когда вся нагрузка на отопление ложилась на фанкойлы(55-50°С) (общественное одноэтажное здание в подмосковье)

Не вполне комфортно начинаешь себя чувствовать, когда на профессиональном форуме появляются рассуждения в виде КПД 300%. Относительно ТН очень справедливо отмечено г-ном Бойко, что даже по конденсационному циклу работающих станций КПД эл.энергии по первичному топливу составляет 33%, а по теплофикационному и того меньше -до 25%. Природу обманывать собрались что ли - это сложнее чем друг друга и в результате транзакций затрат на различные виды энергии.