Анализ сроков окупаемости пластинчатого и роторного теплоутилизаторов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 664

Анализ сроков окупаемости пластинчатого и роторного

теплоутилизаторов

Д.т.н. Иванов О.П., магистрант Тихомиров С.А.

Выполнен сравнительный анализ сроков окупаемости теплообменников-утилизаторов пластинчатого и роторного типов для систем вентиляции и кондиционирования (СВ И СК) для объектов, расположенных в климатических регионах Северо-Запада (Санкт-Петербург). При расчете блоков утилизации необходимо иметь надежную и корректно заданную информацию о наружных климатических параметрах региона [1]

На практике известно 4 способа представления наружных условий:

1. Расчетные температура гр и энтальпия Инр для холодного и теплого периодов года согласно СНиП 2.04.05-91* "Отопление, вентиляция и кондиционирование"

2. Средние расчетные температура 1нр и относительная влажность унр согласно СНиП 23-01-99 "Строительная климатология"

3. Среднемесячные значения температуры наружного воздуха согласно СНиП 23-01-99 "Строительная климатология"

4. Задаются параметры наружного климата по повторяемости температур в течение года (пособие к СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология").

к

I

.о &

о О X л .0 У

с; о

400

350 \

300ы \ /ч

2л0 \ ^л

/20о

150 V

Г 100 \

50 ч

,-—■— -

-35 -25 -15 -5 5 15

температура наружного воздуха

25

35

Рис.1 Продолжительность стояния температур наружного воздуха в течение года для Санкт-Петербурга

Для дальнейших расчетов наружных условий выбирается четвертый метод с учетом продолжительности стояния температур как наиболее информативный и объективный [2]

Примем производительность установки 10000 м3/ч (Ьпр=Ьв). Расчитаем затраты теплоты на нагрев наружного воздуха в системе без теплоутилизатора:

Ог = Гр-1-с (г - Г )г, кВт ч (1)

3600 Р

где V - расход наружного воздуха, м3/ч; р - плотность наружного воздуха, кг/м3; ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении, кДж/(кг К); 1пр - температура приточного воздуха, °С; 11н - температура наружного воздуха, °С. т - продолжительность стояния температуры наружного воздуха, час

Годовые затраты тепла:

ЯР = ЕЯ'р, кВт ч/год (2)

Расчитаем сроки окупаемости и экономию энергии при включении в состав приточно-вытяжной установки роторного регенератора стоимостью Пут=158000 руб. Температуру приточного воздуха примем 1;пр=18°С, температуру удаляемого из помещения воздуха 1у1=22°С. Расчеты будем повторять, меняя эффективность в диапазоне е=60...90% и период работы системы вентиляции в течение суток (24, 12 или 8 часов). В данной работе ведется расчет сроков оккупаемости теплоутилизаторов в зависимости от достигнутой температурной эффективности, при этом не рассматриваются способы достижения заданной эффективности. Температура воздуха на выходе из роторного регенератора:

гН2 = гН, +в(гУ1 - г°С (3)

Количество теплоты, необходимое на догрев наружного воздуха от температуры на выходе из регенератора до параметров на притоке:

Ог = урс (г - г1 2)г, кВт ч (4)

ЪСр, ут 3600 г Н

Я рут = Е вр,ут , кВт ч/год (5)

Количество сэкономленной энергии

А0 = Яр - Яр,ут, кВт ч/год (6)

Затраты энергии на вращение ротора:

N = Nпрг, кВт ч (7)

где №р - установленная мощность привода ротора, кВт; т - период работы системы вентиляции, час/год

г = Ег , час/год

г

Стоимость сэкономленной энергии:

Э = Л0 х П * - N х Пэ

руб/год

(9)

где П* - стоимость электрической или тепловой энергии в зависимости от типа используемого калорифера, руб/(кВт ч); Пэл - стоимость электрической энергии, руб/кВт ч

Срок окупаемости теплоутилизатора:

П

г = -

Э

год

(10)

Результаты расчетов представим в графической форме:

100

90

ш -в--вт

80

70

60

50

Л- : ^-

1-

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 срок окупаемости, лет

3,00 3,50

♦ электр. 24 часа вода 12 час •

вода 24 часа электр. 8 час

электр. 12 час вода 8 час

Рис.2 Срок окупаемости роторного теплоутилизатора в зависимости от его эффективности, типа теплоносителя и режима работы системы вентиляции в течение суток

Как видно, быстрее всего окупается система, в которой в качестве калорифера догрева наружного воздуха до расчетных параметров используется электрический нагреватель. Однако после полной окупаемости теплоутилизатора эксплуатация системы с электрическим нагревателем будет обходиться дороже ввиду того, что электрическая энергия значительно дороже тепловой. Поэтому система с водяным калорифером оказывается более предпочтительной.

При установке пластинчатого теплоутилизатора при низких температурах наружного воздуха возможно выпадение конденсата со стороны удаляемого воздуха и его замерзание, что негативно сказывается на работе теплообменника. Как показывает практика, при температуре удаляемого воздуха 20 °С и относительной влажности 40% для утилизатора с эффективностью 8=60% существует опасность обмерзания при температурах наружного воздуха ниже -5°С (данные по теплообменникам Иоуа1). Проведем расчет сроков окупаемости при установке в систему обработки воздуха пластинчатого рекуператора стоимостью 108000 руб, при этом в качестве меры по предотвращению обмерзания теплообменника выберем установку дополнительного калорифера преднагрева наружного воздуха стоимостью 30000 руб в случае, если его температура будет ниже -5 °С.

Проведем аналогичный расчет, однако учтем затраты теплоты на преднагрев наружного воздуха от расчетных параметров до -5°С. Следует заметить, что при установке пластинчатого теплоутилизатора отсутствуют затраты энергии на привод, поскольку у данного типа теплообменника отсутствуют движущиеся части. Результаты расчетов представим графически:

100 90

I

ш

5

Ш

■а

п 60

50

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 срок окупаемости, лет

Ф электр. 24 часа —ф^вода 24 часа —д—электр. 12 час —А^вода 12 час —•—электр. 8 час —вывода 8 час

Рис.3 Срок окупаемости пластинчатого теплоутилизатора в зависимости от его эффективности, типа теплоносителя и режима работы системы вентиляции в течение суток

Проанализируем полученные результаты. Для этого построим суммарную зависимость периода окупаемости теплообменников в зависимости от достигнутой эффективности [3,4]

100 л" 90

I-

о

% 80

а>

■& 60 ■&

о

50

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 период окупаемости, лет

роторный утилизатор (эл.калорифер) роторный утилизатор (водяной калорифер) пластинчатый утилизатор (эл. калориферы) пластинчатый утилизатор (водяные калориферы)

Рис.4 Сравнительная характеристика срок окупаемости пластинчатого и роторного утилизаторов (система вентиляции работает 8 часов в сутки)

В результате проведенного расчета можно сделать следующие выводы: 1. Период окупаемости пластинчатого утилизатора практически равен периоду окупаемости роторного регенератора. К тому же конструкция пластинчатого рекуператора значительно проще, нет движущихся частей в

отличие от роторного регенератора. Пластинчатый рекуператор при надежной системе защиты от обмерзания не требует обслуживания. Также пластинчатый рекуператор ввиду отсутствия перетечек воздуха может использоваться в тех системах, где недопустимо попадание вытяжного воздуха в приточный.

2. Системы с водяным калорифером окупаются значительно дольше, но в то же время значительно дешевле в эксплуатации нежели системы с электрическим калорифером ввиду более низкой стоимости тепловой энергии.

3. Чем больше период эксплуатации системы вентиляции в течение суток, тем быстрее окупается установка теплоутилизатора.

4. Повышение эффективности утилизатора (степени рекуперации) приводит к снижению срока окупаемости системы (особенно в системах с водяным калорифером). Однако в области высоких значений эффективности повышение степени рекуперации ведет лишь к незначительному уменьшению сроков окупаемости. Поскольку повышение эффективности теплообменника как правило связано с конструктивными изменениями, а следовательно с увеличением себестоимости утилизатора, оптимальным значением достигаемой эффективности следует считать е=80... 85%.

Следует отметить, что в расчете не учитывались единовременные затраты на доставку, монтаж, затраты на сервисное обслуживание, амортизационные отчисления и другие расходы, связанные с включением в схему обработки воздуха роторного или пластинчатого утилизаторов. Расчет производился только с позиций экономии энергии. Поэтому в реальности срок окупаемости утилизатора может быть значительно выше, однако общая закономерность останется той же.

Список литературы

1. Иванов О.П. Выбор оборудования для утилизации тепла и холода в системах кондиционирования. - Холодильная техника, 1982, №2, с.12-15

2. Иванов О.П. Конденсаторы и водоохлаждающие устройства. Л.: Машиностроение, 1980. - 162 с.

3. Иванов О.П., Рымкевич А. А. Методика комплексной оценки эффективности использования утилизации тепла и холода в системах кондиционирования воздуха. - Холодильная техника, 1980, №3, с.34-38

4. Колюнов О. А, Иванов О.П. Энергосбережение в системах вентиляции и кондиционирования за счет применения утилизации теплоты удаляемого воздуха. - Сб. научных трудов СПбГУНиПТ, Холодильная и криогенная техника, 2003, №1.

5. Колюнов О.А., Иванов О.П. Уточненная методика расчета основных аппаратов обращенной тепловой машины с учетом климатических условий работы СКВ. - СПб, Межвузовский сборник научных трудов, Известия СПбГУНиПТ, 2003, №1(5), с.26-27