Подомовое холодоснабжение от ПКХУ

Для снижения удельных начальных затрат на организацию холодоснабжения целесообразно рассмотреть использование холодильных установок для отдельных зданий или группы зданий в целом, размещаемых на тепловых пунктах присоединения нагрузки этих зданий к тепловым сетям. Сюда в первую очередь следует отнести вновь вводимые административные и офисные здания, а также крупные торговые и культурно-развлекательные комплексы.

Для холодоснабжения зданий также могут использоваться компрессионные холодильные установки. При этом для них будут справедливы приведенные выше рассуждения и основные соотношения, связанные с затратами топлива, потерями тепла в окружающую среду и экономическими показателями для источников и потребителей. Для потребителя исключение составляет только необходимость платы за присоединение электрической нагрузки, необходимой для привода компрессора холодильной установки. Принципиальная схема теплового пункта (ТП) с холодильной установкой при отводе теплоты от конденсатора в окружающую среду через градирню приведена на рис. 1. Основные составляющие эффектов при рассматриваемом варианте холодоснабжения также представлены в табл. 3, а результаты расчета показателей — в табл. 4.

Однако при подомовом расположении холодильных установок технически возможна организация использования отводимой от этих установок тепловой энергии не через градирни, а, например, на нужды ГВС зданий. При этом холодильная установка располагается в ТП, и отвод теплоты будет производится за счет нагрева холодной водопроводной воды с 15 оС до 30 или 60 оС в конденсаторе холодильной установки. Для защиты теплообменного оборудования установки от воздействия водопроводной воды теплоотвод может быть организован через промежуточный контур.

Расчетная принципиальная схема ТП с компрессионной холодильной установкой и утилизацией сбросного тепла на нужды ГВС приведена на рис. 2.

При условиях подключения холодильной установки с утилизацией тепла требуемая электрическая мощность на привод компрессоров также будет определяться величиной коэффициента преобразования Ех и, при его величине 2.9, будет составлять lх = 0.401 МВт на 1 Гкал/ч нагрузки по холоду.

Если принять, что доля нагрузки ГВС в нагрузке холодоснабжения соответствует величине, равной г=Qгв/Qх, то потери тепла в окружающую среду от холодильной установки будут определяться из выражения:

dQоп = Qх + Lх — Qгв = Qх + 1.163*Qх/Ехг*Qх = (1 + 1.163/Ех — г) * Qх.

Из последнего равенства следует, что при условии: г=1+1,163/Ех, потери тепла от холодильной установки в окружающую среду будут равны нулю, а нагрузка ГВС будет обеспечиваться за счет отвода тепла от конденсатора этой установки. При г<1+1,163/Ех, нагрузка ГВС также обеспечивается за счет тепла конденсатора при частичном снижении потерь в окружающую среду. В противном случае теплопотери будут равны нулю, а для обеспечения части нагрузки ГВС требуется подвод теплоты из тепловой сети от централизованного источника тепловой энеригии.

Выполнение условия г=1+1,163/Ех соответствует нагрузке ГВС, представимой в виде:

Qгв=(1+1,163/Ех)*Qх, и при принятом значении Ех = 2.9 нагрузка должна быть равна Qгв = 1.401*Qх.

Общая величина потерь тепла с учетом выработки электроэнергии на конденсационной тепловой электростанции при этом также зависит от подачи тепла на ГВС и в соответствии с (3) и (8) будет определяться выражением:

dQо = dQоп + dQоэ = (1 + 1.163/Ех — г) * Qх + Lх * (1/КПД — 1) / (1.163*Ютэ)= Qх * [ 1 + 1.163/Ех — г + (1/КПД — 1) / (Ех*Ютэ) ] = Qх * [ 1 + 1/Ех * (1.163 + (1/КПД — 1) / Ютэ — г ], Гкал/ч.

Соответственно, на 1 Гкал/ч нагрузки по холоду суммарные потери тепла в окружающую среду будут составлять:

dq оп = 1 + 1.163/Ех — г, Гкал/ч.

dq оэ = (1/КПД — 1) / (Ех * Ютэ), Гкал/ч.

dq о = dq оп + dq оэ = 1 + 1/Ех * [ 1.163 + (1/КПД — 1) / Ютэ] - г, Гкал/ч.

В приведенных выше формулах предполагается выполнение условия г<1+1.163/Ех.

Если г?1+1.163/Ех, то потери тепла в окружающую среду от холодильной установки Qоп будут равны нулю и величина этих потерь будет определяться только условиями выработки электроэнергии.

При условии г=1+1.163/Ех=1.401, при котором выполняется условие Qгв=1.401*Qх, соответствующие значения относительных потерь тепла в окружающую среду будут составлять:

dq оп = 0.0 Гкал/ч,.

dq оэ = (1/0.37 — 1) / (2.9*0.98) = 0.599 Гкал/ч,.

dq о = dq оп + dq оэ = 0.0 + 0.599 = 0.599 Гкал/ч При выработке электроэнергии на КЭС расход топлива при рассматриваемом варианте схемы холодоснабжения будет определяться формулами (4) и (4.1), и для принятых значениях соответствующих коэффициентов будет равен 0.155 т у.т./ч на 1 Гкал/ч нагрузки по холоду.

Рост выручки КЭС при заданной величине дополнительного отпуска электроэнергии за каждый час dз иээ также, как и в предыдущем варианте, определяется величиной стоимости продаж и может быть определен по формуле (6), а его относительная величина dз иээ, соответственно по формуле (6.1). При принятых стоимостных условиях относительная величина дополнительного дохода станции, также, как и в предыдущем варианте, будет составлять.

dз иээ=1.163*103*3.2/2.9=1283.3 руб./ч.

Дополнительные затраты на покупку органического топлива dз иэб определяются по формуле (7). Относительные дополнительные затраты на топливо для КЭС в соответствии с (7.1) составят dз иэб=467.3 руб./ч Суммарное увеличение часовой выручки для КЭС, как и при поквартирной установке кондиционеров будет составлять:

dз и = dз иээ — dз иэб = 1283.3 — 467.3 = 816.0 руб./ч При рассматриваемой схеме подключения холодильной установки платежи потребителей за дополнительную электроэнергию на 1 Гкал/ч нагрузки по холоду dз пэ будут определяться объемом электропотребления и тарифом в соответствии с формулой (5), а их относительная величина dз пэ в соответствии с (5.1) составит 1604.1 руб./ч. Однако существенно могут снизиться платежи за потребленную тепловую энергию. Так при условии г?1+1.163/Ех снижение потребление тепла на ГВС будет составлять dQгп=Qгв=г*Qх и соответствующая оплата за теплопотребление будет равна нулю. При обратном соотношении приведенных в неравенстве величин снижение тепловой нагрузки ГВС, обеспечиваемой подачей из тепловой сети будет определяться из выражения:

dQгп = (1 + 1.163/Ех) * Qх, Гкал/ч или на 1 Гкал/ч нагрузки по холоду:

dq гп = 1 + 1.163/Ех, Гкал/ч.

Тогда при тарифе на тепло для потребителя Тпт снижение платы потребителями за тепловую энергию можно определить, как:

dЗпт = dQгп * Тпт = г*Qх * Тпт, руб./ч, при г < 1 + 1/Ех или.

dЗпт = dQгп * Тпт = (1 + 1.163/Ех) * Qх * Тпт, руб./ч при г? 1 + 1/Ех, или в другой форме записи, которая будет использоваться далее по тексту:

dЗпт = min{ г; (1 + 1.163/Ех)} * Qх * Тпт, руб./ч.

За 1 Гкал/ч нагрузки по холоду относительная величина экономии составит:

dз пт = min{ г; (1 + 1.163/Ех)} * Тпт, руб./ч.

Изменение суммарных платежей потребителей, использующих схему в соответствии с рис. 2, определяются разностью: dЗпп=dЗпэ-dЗпт, руб./ч, или в относительном виде:

dз пп=dз пэ-dз пт, руб./ч.

При выполнении условия г = 1 + 1.163/Ех и тарифе на тепло и воду для потребителей по ГВС Тпт = 1764 руб/Гкал (при стоимости 1 м³ воды ГВС 127 руб. и воды на ХВС 30 руб.) относительная условная величина суммарных дополнительных затрат потребителя составит:

dз пп=(1.163*103*Тпэ)/Ех-(1+1.163/Ех)*Тпт=1.163*103*4.0/2.9-(1+1.163/2.9)*1764=1604.1−2471.4= -867.3 руб./ч.

Т.е. экономия платежей для потребителя на 1 Гкал/ч нагрузки по холоду при рассматриваемых условиях составит примерно 867.3 руб./ч.

При присоединении ТП здания (зданий) с общей холодильной установкой к тепловым сетям по приведенной на рис. 2 схеме, реализация холодоснабжения будет оказываться влияние на отпуск тепла (объемы производства) и показатели работы источников тепловой энергии. Такими источниками могут быть ТЭЦ или районные котельные.

1. Источник теплоснабжения — котельная. В этом случае использование предлагаемой схемы холодоснабжения с утилизацией приведет к снижению отпуска тепла, определяющегося покрытием нагрузки ГВС от холодильной установки. Величина снижения тепловой нагрузки котельной dQит будет составлять:

dQит = dQгп = min{ г; (1 + 1.163/Ех) } * Qх / зтпс, Гкал/ч где: зтпс — коэффициент, учитывающий тепловые потери в тепловых сетях, или на 1 Гкал/ч нагрузки по холоду:

dq ит = min{ г; (1 + 1.163/Ех) } / зтпс, Гкал/ч.

Для условий летнего периода потери тепла при транспортировке могут составлять до 25% от величины отпуска. В соответствии с этим зтпс может быть принят равным 0.75.

При условии равенства г и (1 + 1.163/Ех) относительное снижение отпуска тепла от котельной составит:

dq ит = (1 + 1.163/Ех) / зтпс = (1 + 1.163 /2.9) / 0.75 = 1.868 Гкал/ч.

Снижение расхода условного топлива на котельной будет определяться зависимостью:

dВит = dQит * 103 / (7000 * зок) = min{г; (1 + 1.163/Ех) } * Qх *103 / (7000 * зтпс * зок), т у.т./ч, где: зок — КПД отопительной котельной, равный 0.87.

На единицу требуемой холодопроизводительности относительная величина снижения расхода топлива составит:

dв ит = min { г; (1 + 1.163/Ех) } *103 / (7000 * зтпс * зок), тут/ч, которая при принятых ранее условиях может оцениваться как:

dв ит = (1+1.163/Ех)*103 / (7000*зтпс*зок) = (1+1.163/2.9)*103 / (7000*0.75*0.87) = 0.307 т у.т./ч Одной из составляющих экономии на котельной является снижение затрат (покупки) электроэнергии на перекачку сетевой воды. При развиваемом напоре насосов dН = 100 м снижение затрат электроэнергии определяется по формуле:

dNпр = dН * dGк / (376 * зна * зэд), кВт где: dGк — снижение расхода воды от котельной, т/ч;

зэд — КПД электродвигателя, равный 0.97;

зна — КПД насоса, равный 0.83.

Снижение расхода перекачиваемой на котельной воды может быть определено для температурного режима отпуска тепла на ГВС, при котором температуры в подающем и обратном трубопроводах приняты равными 70 и 40 оС соответственно. При этом снижение расхода воды будет составлять:

dGк = min{г; (1 + 1.163/Ех) } * Qх *103 / (70 — 40), т/ч.

Тогда снижение затрат электроэнергии за 1 час работы со сниженным расходом воды будут составлять:

dЭпр = min{г; (1 + 1.163/Ех) } * dН * Qх *103 / (376 * 30 * зна зэд), кВт (или кВт*ч/ч),.

или в относительном виде:

dэ пр = min{г или (1 + 1.163/Ех) } * dН *103 / (376 * 30 * зна * зэд), кВт*ч/ч.

При выполнении равенства г=(1 + 1/Ех) относительная величина снижения электропотребления будет составлять:

dэ пр = dН * (1 + 1.163/Ех) *103 / (376 * 30 * зна зэд) = 100 * (1+1.163/2.9)*103 / (367*30*0.97*0.83) = 15.8 кВт*ч/ч.

В соответствии с приведенными выше натуральными показателями изменения условий отпуска тепла, снижение выручки на котельной за счет снижения продаж тепловой энергии будут равны:

dЗит = dЗитт — dЗитб — dЗпр = dQит*Стк — dВит*Цт — dЭпр*Цэ = min{г; (1 + 1.163/Ех)} * Qх * [ Стк / зтпс — Цт * 103 / (7000 * зтпс * зок) — Цэ* dН *103 / (376 * 30 * зна зэд) ], руб./ч В относительном виде приведенная выше величина представима как:

dз ит = dз итт — dз итб — dз итп = min{г; (1 + 1.163/Ех)} * [ Стк / зтпс — Цт * 103 / (7000 * зтпс * зок) — Цэ * dН *103 / (376 * 30 *зна*зэд) ], руб/ч При условии равенства г=(1+1.163/Ех) относительная потери выручки котельной и составляющие этой величины при принятых ценовых условиях будут равны:

dз ит = dз итт — dз итб — dз итп = 1.401*1200/0.75−1.401*3000*103/(7000*0.75*0.87) — 1.401*4.5*100*103/(367*30*0.97*0.83) = 2 241.6 — 920.2 — 71.1 = 1 250.3 руб./ч.

Рассматриваемый вариант холодоснабжения характеризуется следующими общими относительными (на единицу нагрузки по холоду) показателями:

— дополнительные потери в окружающую среду.

dq о = dq оп + dq оэ = 0.0 + 0.599 = 0.599 Гкал/ч;

— дополнительный расход топлива.

dв = dв иэ — dв ит = 0.155 — 0.307 = -0.152 т/ч;

— дополнительный выработка электроэнергии.

dэ = dэ иэ — dэ пр = 409.0 — 15.8 = 393.2 кВт*ч/ч = 0.393 МВт*ч/ч.

Результаты расчетов показателей по рассматриваемым условиям холодоснабжения для сравнения с другими вариантами приведены в табл. 4.

2. Источник теплоснабжении — ТЭЦ. В этом случае использование тепловой энергии от холодильных установок для обеспечения нагрузки ГВС также, как и от котельной, приводит к снижению теплового отпуска от теплофикационных отборов турбин.

Снижение отпуска (продаж) тепла из отборов турбин определяется по формуле (11) и на 1 Гкал/ч требуемой холодопроизводительности, относительная величина снижения будет рассчитывается в соответствии с (11.1).

При условии г = (1 + 1.163/Ех) относительная величина снижения отпуска тепла составит 1.868 Гкал/ч. Это приводит к снижению доходов станции, которые определяются его стоимостью и равны:

dЗитт = dQит * Стт = dQгп*Стт = min{ г; (1 + 1.163/Ех) } *Стт* Qх/зтпс, руб/ч где: Стт — стоимость продаж тепловой энергии от ТЭЦ, руб/Гкал.

При стоимости продаж тепла Стт = 1000 руб/Гкал и выполнении равенства г = (1 + 1.163/Ех) относительная величина снижения выручки при снижении отпуска тепла для ТЭЦ составит:

dз итт = (1 + 1.163/Ех) * Стт / зтпс = (1 + 1.163 /2.9) * 1000 / 0.75 = 1 868.0 руб/ч Другие составляющие затрат и натуральные показатели зависят от параметров пара и принятого способа работы ТЭЦ по обеспечению электрических и тепловых нагрузок.

При оценке влияния будем считать, что на ТЭЦ установлено однотипное турбинное оборудование с одним регулируемым теплофикационным отбором и, соответственно, с одноступенчатым подогревом сетевой воды. Изменения режимов работы турбин производятся одинаково для всех агрегатов.

Для численных оценок будем рассматривать ТЭЦ с начальными параметрами пара Рп = 130 ата и Тп = 565 оС. Такие параметры острого пара соответствуют его энтальпии iп = 838 ккал/кг.

Параметры пара в отборе определяются величиной температуры в подающих трубопроводах тепловой сети, составляющей для летнего режима 70 оС. При этих условиях температура пара в отборе составит Тот = 70 + 5 = 75 оС. Соответствующее этой температуре, давление пара может быть принято равным Рот = 0.38 ата. Удельная энтальпия с учетом степени влажности отборного пара составит iот = 620 ккал/кг, а удельная энтальпия конденсата отборного будет соответственно равна tот = 75.0 ккал/кг Параметры пара в конденсаторе можно принять равными:

• — давление Рк = 0.03 ата;
• — температура Тк = 24.0 оС;
• — энтальпия iк = 504 ккал/кг (с учетом степени влажности пара);
• — энтальпия конденсата 24.0 ккал/кг.

При неизменном расходе пара на турбины снижение отпуска тепла из отборов приводит к увеличению расхода пара в конденсатор и соответствующего увеличения выработки электроэнергии на конденсационном потоке пара. При этом незначительно увеличивается расход топлива, и возрастают потери в окружающую среду.

Увеличение выработки и продаж электроэнергии:

dЭитт=dQит*(iо-iк)/(iот-tот)*1.163=min{г;

(1+1.163/Ех)}*(1.163*Qх/зтпс)*(iо-iк)/(iот-tот), МВт В относительном виде при принятых ранее условиях холодоснабжения потребителей увеличение выработки составит:

dэ итт = min{ г; (1 + 1.163/Ех) } * (1.163/зтпс) * (iоiк) / (iот — tот) = (1 + 1.163/2.9) * (1.163/0.75) * (620- 504) / (620 — 75) = 0.462 МВт.

Увеличение подачи тепла от котлов для рассматриваемого варианта, связанное с увеличением расхода пара, пропускаемого в конденсаторы должно составлять:

dQитт = dQит * (tотtк) / (iот — tот), Гкал/ч Соответствующее увеличение расхода топлива будет равно:

dBитт = dQитт *103 / (7000 * Юк * Ютп) = [ dQит * (tотtк) / (iот — tот) ] *103 / (7000 * Юк * Ютп) = [min{г; (1+1.163/Ех)}*Qх*(tотtк)/(iот — tот)]*103 / (7000*зтпс*Юк*Ютп), тут/ч, или в относительном виде при принятых ранее условиях:

dв итт = [min{г; (1+1.163/Ех)}*(tот-tк)/(iот-tот)]*103 / (7000*зтпс*Юк*Ютп) = [(1+1.163/Ех)*(tот-tк)/(iот-tот)]*103 / (7000*зтпс*Юк*Ютп) = [(1+1.163/2.9)*(75−24)/(620−75)]*103 / (7000*0.75*0.89*0.98) = 0.029 тут/ч При снижении расхода воды в тепловой сети и принятых ранее данных, как и в п.1.2.а относительное снижение электропотребления на привод сетевых насосов и на перекачку составит dэ пр = 15.8 кВт (кВт*ч/ч), которое увеличивает объем продаж электроэнергии от ТЭЦ.

Общее относительное увеличение продаж электроэнергии при рассматриваемых условиях составит:

dэ ит = dэ итт + dэ итп = 0.462 + 0.016 = 0.478 МВт = 478 кВт*ч/ч Увеличение доходов ТЭЦ при этом будет равно:

dз итэ = dэ ит * Стэ = 478 * 3.0 = 1 434 руб/ч.

Суммарная относительная величина дополнительного расхода органического топлива для рассматриваемого варианта будет составлять:

dв ит = dв итэ = 0.029 тут/ч.

При стоимости топлива 3000 руб/тут дополнительные затраты для ТЭЦ будут составлять: парокомпрессионный холодоснабжение топливо котельная.

dз итб = dв ит * Цт = 0.029 * 3000 = 87.0 руб/ч.

Суммарное снижение выручки ТЭЦ составит:

dз ит = dз итт — dз итэ + dз итп = 1 868 — 1 434 + 87 = 521 руб/ч.

Для рассматриваемого варианта будет иметь место увеличение потерь в окружающую среду в конденсаторах турбин. Это увеличение будет определяться увеличением расхода пара в конденсатор. Увеличение потерь в конденсаторе будет составлять:

dQот = dDк * 10−3 (iк — tк) = dQит * (iк — tк) / (iо — tо), Гкал/ч.

В относительном виде при принимаемых условиях по нагрузкам увеличение потерь тепла в окружающую среду составит:

dq от = [(1+1.163/Ех)/ зтпс] * (iк — tк) / (iо — iо) =[(1+1.163/2.9) / 0.75]*(504−24)/(620−75)=1.645 Гкал/ч.

Рассматриваемый вариант при условии г=(1 + 1.163/Ех) характеризуется следующими общими относительными (на единицу нагрузки по холоду) показателями:

— суммарные потери в окружающую среду.

dq о=dq оп+dq оэ+dq от=0.0+0.599+1.645=2.244 Гкал/ч;

— дополнительный расход топлива.

dв = dв иэ + dв ит = 0.155 + 0.029 = 0.184 т/ч;

— дополнительная выработка электроэнергии dэ=dэ иэ+dэ ит=409+478=887 кВт*ч/ч=0.887 МВт*ч/ч.

Результаты расчетов для сравнения с другими вариантами приведены в табл. 4.

Для схем с полезным использованием сбросного тепла от холодильных установок в табл. 4 приведены результаты только для условия г=(1+1.163/Ех) или Qгв=1.40*Qх, при котором отвод тепла от холодильной установки равен нагрузке ГВС. Однако такое соотношение нагрузок в реальности вряд ли возможно. Фактическая нагрузка ГВС будет существенно меньше нагрузки холодоснабжения, поэтому важным является возможность получения значений показателей при других значениях г.

Поскольку все энергетические и экономические показатели соответствующих вариантов холодоснабжения линейно зависят от требуемой холодопроизводительности, промежуточные результаты показателей при меньших г могут быть получены путем линейной интерполяции результатов из таблицы 4 по г для выбранного варианта от значений при схеме без возврата тепла (г = 0) до значения показателя по этому варианту при г = 1.4.