ЕНЕРГЕТИЧНИЙ І ЕКСЕРГЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ ТИПОВИХ  СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ

П.П. Куделя; С.В. Дубовський

doi:10.20535/1813-5420.2.2022.261364

Автор(и)

П.П. Куделя Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-4941-5795
С.В. Дубовський Інститут технічної теплофізики НАН України , Україна https://orcid.org/0000-0001-9418-2092

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.2.2022.261364

Ключові слова:

системи опалення, аналіз за Другим законом термодинаміки, котельня, електроопалення, тепловий насос, ексергетичний ККД.

Анотація

Викладено основні особливості енергетичного та ексергетичного методів аналізу ефективності енергетичних перетворень в типових системах опалення (котельні, електроопалення, теплові насоси з електроприводом). Складено рівняння енергетичних та ексергетичних балансів систем та їх елементів. На їх основі одержано вирази для обчислення показників ефективності. Приведено результати розрахунків і зіставлення коефіцієнтів перетворення енергії (COP - Coefficient of Performance) і ексергетичних ККД (Exergy Efficiency або Second Low Efficiency). Показано, що системи опалення на основі паливних котлів та електронагрівачів, характеризуються високими значеннями COP, що не орієнтує на вжиття заходів щодо їх удосконалення. В той же час, такі системи мають доволі низькі значення ексергетичного ККД. Показано, що ексергетичний ККД типової системи електроопалення досягає близько 3% а опалення на основі паливних котельних – близько 6,5%. Виконано аналіз основних причин термодинамічних необоротностей в означених системах. Наведено діаграму змін ексергетичної ефективності в послідовних елементах типової системи опалення на прикладі паливної котельні. Показано, що у паливному котлі основні необоротності виникають на стадіях горіння та теплопередачі за великої різниці температур. У системах електроопалення основні ексергетичні втрати виникають при виробництві електричної енергії на ТЕС та підчас перетворення електричної енергії у теплоту в електронагрівачі. Розглянуто можливості та основні шляхи зниження термодинамічної необоротності системи опалення від парової котельні при її переобладнанні у міні – ТЕЦ. Виконано аналіз термодинамічних втрат в системах теплонасосного опалення. Визначені умови, за яких такі системи стають більш енергетично ефективними ніж системи на основі паливних котлів. Розкриті причини широкого практичного застосування котелень і електроопалення, не дивлячись на їх низьку термодинамічну досконалість.

Посилання

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.