ENERGY AND EXERGY ANALYSIS OF TYPICAL HEATING SYSTEMS
DOI:
https://doi.org/10.20535/1813-5420.2.2022.261364Keywords:
heating systems, Second Law analysis, boiler room, electric heating, heat pump, exergy efficiency.Abstract
The main features of energy and exergy methods of analysis the energy transformations efficiency in typical heating systems (boilers, electric heating, heat pumps with electric drive) are presented. The equations of energy and exergy balances of systems and their elements are made. Based on them, expressions for calculating efficiency indicators are obtained. The results of calculations and comparison of energy conversion coefficients (COP - Coefficient of Performance) and exergy efficiencies (Exergy Efficiency or Second Low Efficiency) are presented. It is shown that heating systems based on fuel boilers and electric heaters are characterized by high COP values, which does not focus on taking measures to improve them. At the same time, such systems have rather low values of exergetic efficiency. It is shown that exergy efficiency of a typical electric heating system reaches about 3%, and heating based on fuel boilers - about 6,5 %. The analysis of the main reasons of thermodynamic irreversibility in the specified systems is executed. The diagram of changes exergetic efficiency in consecutive elements of a typical heating system on the example of a fuel boiler room is given. It is shown that in a fuel boiler the main irreversibilities occur at the stages of combustion and heat transfer at a large temperature difference. In electric heating systems, the main exergy losses occur during the production of electricity at thermal power plants and during the conversion of electricity into heat in electric heaters. Possibilities and main ways to reduce the thermodynamic irreversibility of the heating system from the steam boiler house during its conversion into a mini - CHP are considered. The analysis of thermodynamic losses in heat pump heating systems is performed. The conditions under which such systems become more energy efficient than systems based on fuel boilers are defined. The reasons for the wide practical application of boilers and electric heating are revealed, despite their low thermodynamic perfection.
References
Kudelia P.P., Dubovskyi S.V. Enerhetychnyi ta ekserhetychnyi pidkhody do problem ratsionalnoho vykorystannia enerhii // Enerhetyka: ekonomika, tekhnolohiia, ekolohiia. – 2021. - №2.-s. 7-16.
Kotas T.J. The Exergy Method of Thermal Plant Analysis. Krieger publishing company, Malabar, Florida, 1995 – 328 p.
Szargut J. Exergy method: technical and ecological application . Wit press, Southampton, Boston, 2005.- 160 p.
Kudelia P.P. Metody termodynamichnoho analizu ustanovok ta system. [elektronnyi resurs] : Navchalnyi posibnyk/ P.P. Kudelia, H.B. Barabashov. – Kyiv.-NTUU «KPI». Rezhym dostupu: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/453
Baehr H.D. Thermodynamik Grundlagen und technische Anwendungen.-Berlin: Springer, 2005 – 651 S.
Эkserhetycheskye raschety tekhnycheskykh system. Spravochnoe posobye. — Pod red. A.A. Dolynskoho y V.M. Brodianskoho. — Kyev : Naukova dumka, 1991. — 360 s.
Brodyanskyi W.M., Sorin M.V. and Le Goff P. The efficiency of industrial processes. Amsterdam, Elsevier, 1994 – 487 p.
Brodianskyi V.M. Klassycheskaia termodynamyka na rubezhe XXI veka: sostoianye y perspektyvy razvytyia // Yzv. RAN. Enerhetyka. – № 5. – 2001. – S. 17–43
Kudelia P.P. Barabash P.A. Teplovoi balans kondensatsyonnykh kotlov // Enerhetyka: ekonomika, tekhnolohiia, ekolohiia. – 2014. - №1.-s. 51-58.
Low exergy systems for high-performance buildings and communities. Annex 49 Summary report ECBCS. – Fraunhofer IBP. – 2011. URL: www.ecbcs.org. https://www.ive.org.ua/wp-content/uploads/74-85.pdf
Pyrkov V.V. Эlektrycheskye kabelnye systemy otoplenyia. Enerhetycheskoe sopostavlenye.-K.: OOO «Yzdatelskyi dom Dmytryia Buraho», 2004. – 98 s.
Kholodylnye mashyny. Spravochnyk. M.: «Lehkaia y pyshchevaia promyshlennost».-1982.-222 s.
Kudelia P.P. Nyzkoenerhetychni opaliuvalni systemy/ P.P. Kudelia, A.S. Solomakha. – K.-NTUU «KPI».-2015,- 15 s.
Szargut J. Low energy heating systems – when can they be profitable. IEA Energy conservation in building and community systems program // Executive committee meeting/ Technical day presentation –Krakow – Nov/ 7-2001.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
