|
| |
|
Главная -> Экология
Все виды энергосбережения в одной системе кондиционирования. Переработка и вывоз строительного мусораА. Л. Репин, аспирант, Л. А. Репин, профессор, Кубанский государственный технологический университет При поступлении природного газа из магистральных трубопроводов в системы городов и крупных промышленных предприятий осуществляется понижение его давления на газораспределительных станциях (ГРС). Снижение давления газа происходит в редукционных клапанах и является прямой потерей потенциальной энергии потока. Идея использования указанного перепада давления общеизвестна. Имеются отдельные примеры ее успешной реализации путем установки крупных турбодетандерных агрегатов для выработки электроэнергии (ТЭЦ-22, Москва). Целесообразность строительства таких комплексов именно на крупных ГРС не вызывает сомнения. В то же время в системе газоснабжения страны имеется огромное количество небольших ГРС и крупных ГРП, где редуцирование газа (например с 1,2 до 0,3 МПа) также идет с потерей потенциальной энергии. Следует подчеркнуть, что практически все известные проекты использования избыточной энергии давления газа при его редуцировании в системах газораспределения и потребления направлены на производство электрической энергии. Вместе с тем нельзя забывать, что при адиабатном расширении газа с отдачей внешней работы существенно снижается температура рабочего тела, величина этого снижения определяется отношением давлений на входе и выходе расширительной машины (детандера). Расчеты показывают, что при понижении давления газа с 1,2 до 0,3 МПа температура его снижается на 50–60 °C (в зависимости от состава газа и эффективности детандера). При увеличении степени понижения давления до 6 (от 1,8 до 0,3 МПа) разность температур возрастает до 70–80 °C. Если принять, что температура газа на входе в машину равна 20 °C, температура потока после расширения составит -30 – -40 °C в первом и -50 – -60 °C во втором случаях. Таким образом, в результате использования избыточной энергии давления природного газа может вырабатываться не только электрическая энергия, но и значительные количества холода (от 60 до 80 кДж/нм3). Исходя из этого представляется целесообразным строительство при ГРС промышленных холодильников, емкость которых будет определяться величиной стабильного расхода газа через расширительную машину. Рисунок 1. Принципиальная схема электротехнологической детандерной установки. Обозначения: 1 – редукционный клапан ГРС, 2 – винтовой детандер, 3 – электрогенератор, 4 – теплообменник, 5 – холодильная камера, 6 – циркуляционный насос, 7 – контур хладагента, 8 – сепаратор Предварительная проработка проекта энерготехнологической детандерной установки на базе ГРС со стабильным суточным расходом газа 60 тыс. м3 (рис. 1) показала, что ее хладопроизводительность оказалась достаточной для обеспечения типового промышленного холодильника емкостью 270 т. При этом удельная выработка электроэнергии в установке составляет 0,025 кВт•ч/нм3, а электрическая мощность генератора – 62,5 кВт, что вполне достаточно для покрытия собственных нужд холодильника (автоматика, насосы, освещение и т. п.). Несмотря на очевидную целесообразность подобных решений, практическая их реализация неизвестна, что может быть объяснено отсутствием расширительных машин, способных работать в указанных выше пределах давления и при относительно небольших расходах газа. Существующие расширительные машины турбинного типа предназначены для больших объемных расходов. При малых объемах газа необходимо существенно увеличивать скорость вращения турбодетандера, что заметно влияет на его эффективность. В литературе [1] имеются данные об использовании для этих целей турбинных агрегатов малой мощности, однако, к сожалению, авторы не приводят данные по их энергетической эффективности, особенно в диапазоне давлений ГРС и ГРП (от 1,2 до 0,3 МПа) и малых величин объемных (при условиях входа в турбодетандер) расходов газа. При использовании расширительных машин (детандеров) в описаных условиях к ним предъявляются специфические требования: обеспечение высокой степени расширения газа, надежная и эффективная работа на переменных режимах, нечувствительность к возможному выпадению конденсата и образованию гидратов в процессе расширения и т. п. Рисунок 2. Разрез винтового детандера Этим требованиям в полной мере удовлетворяют винтовые детандеры, являющиеся, как и поршневые, представителями класса объемных машин. В отличие от поршневых винтовые агрегаты имеют вращательное движение рабочих органов, в них отсутствует механизм газораспределения, нет «мертвого объема». Винтовой детандер по конструкции аналогичен винтовому компрессору и состоит из корпуса и двух роторов, имеющих специальную винтовую нарезку и находящихся в зацеплении (рис. 2). Между всеми рабочими элементами агрегата имеются гарантированные зазоры, что обеспечивает полное отсутствие трения в рабочем объеме машины. В то же время существование этих зазоров обуславливает наличие основных потерь в детандере – так называемых протечек газа из полостей с более высоким давлением в полости с пониженным давлением. Поскольку функции механизма газораспределения выполняют сами роторы, в агрегате отсутствуют клапаны, являющиеся в поршневых машинах основной причиной дроссельных потерь в процессах наполнения и выталкивания. Рисунок 3. Влияние конденсатосодержания газа на адиабатический КПД. Обозначения: 1 – d = 3 см3/м3; 2 – d = 20 см3/м3; 3 – d = 40 см3/м3; 4 – d = 60 см3/м3 Конструкция винтовых машин исключает возможность гидравлических ударов, поэтому такие агрегаты могут надежно работать на влажном конденсатосодержащем газе, когда при снижении температуры потока в процессе расширения возможно выпадение конденсата или образование гидратов. Более того, возможная при существенном снижении температуры потока конденсация тяжелых углеводородов приводит к уплотнению имеющихся зазоров в детандере и, следовательно, к повышению эффективности работы машины за счет уменьшения величины протечек. На рис. 3 приведены результаты экспериментального исследования работы винтового детандера на природном газе при различном содержании жидкой фазы d в потоке [2]. Высокий технологический эффект, получаемый при расширении природного газа в винтовом детандере, а также серийное производство винтовых компрессоров, которые после некоторых конструктивных изменений могут быть использованы в качестве расширительных машин, убедительно показывают целесообразность их использования вместо применяемых в настоящее время на ГРС и ГРП дросселирующих устройств с целью создания на их базе энерготехнологических установок, для обеспечения электроэнергией и холодом объектов, размещенных в районе расположения этих узлов газотранспортной системы. Экспериментальные исследования винтовой расширительной машины при работе на природном газе [2, 3] позволили получить ряд характеристик, которые могут быть положены в основу оценки экономической эффективности промышленного использования детандеров для производства электроэнергии и холодоснабжения. На рис. 4 приведены экспериментальные данные по зависимости расхода газа через винтовой детандер, построенный на базе серийного винтового компрессора 7ВКГ-25/5, от степени понижения давления e и скорости вращения роторов n. Диаметр роторов испытываемого детандера – 315 мм. Адиабатный КПД опытного образца лежит в пределах 0,6–0,7, удельная мощность, вырабатываемая агрегатом, равна 0,024–0,026 кВт/нм3. Рисунок 4. Экспериментальная зависимость расхода газа через детандер от скорости вращения роторов Таким образом, по своим конструктивным и техническим характеристикам винтовые расширительные машины могут быть рекомендованы для энерготехнологических установок по использованию избыточного перепада давления газа на относительно небольших ГРС и крупных ГРП не только для выработки электроэнергии, но и для холодоснабжения, например, промышленных или сельскохозяйственных холодильников. Литература 1. Аксенов Д. Т., Герцен А. Н. Использование энергохолодильных комплексов в целях энергосбережения // Промышленная энергетика. 2004. № 2. 2. Зарницкий Г. Э., Репин Л. А. Винтовые детандеры для использования избыточной энергии давления природного газа на промыслах. М., 1972. 3. Зарницкий Г. Э., Репин Л. А. Исследование работы винтового детандера на природном газе // Газовое дело. 1972. № 9.
Анатолий Штейн, Борис Харитонов ЗАО ДАИЧИ, Москва, Россия Выбор системы кондиционирования ведут с обязательным учетом энергопотребления при эксплуатации. Наилучшими показателями по этому критерию по-прежнему обладает система VRV японской фирмыDAIKIN. Сделаны новые шаги в совершенствовании этой системы: обновлен модельный ряд внутренних и наружных блоков, налажен серийный выпуск систем работающих на озонобезопасном хладоне R407C, усовершенствовано компьютерное управление. Широкое применение комфортных систем кондиционирования воздуха (СКВ) в жилых и общественных помещениях не только значительно увеличивает потребление энергии зданием, но и коренным образом меняет всю структуру энергопотребления, выводя на первое место по энергоемкости системы кондиционирования. Типовое офисное здание имеет следующую структуру энергопотребления (Рис.1). Рис.1. Из представленной диаграммы видно, что при оборудовании здания системой кондиционирования потребление им электроэнергии возрастает почти вдвое. Поэтому важность применения энергосберегающих технологий в кондиционировании имеет огромное значение. Остановимся на основных узловых вопросах, определяющих эффективность системы кондиционирования, которые следует учитывать при выборе СКВ здания, и которые обеспечивают энергетическую эффективность ее работы. Безусловно важным является использование для целей кондиционирования обратимого парокомпрессионного холодильного цикла при получении как холода, так и тепла. При получении холода достойной замены парокомпрессионному циклу нет, а при получении тепла, в отсутствии альтернативных источников тепловой энергии, достигается существенная экономия по сравнению с прямым электроподогревом (например, в межсезонье). Рис.2. Практика показывает, что нагрузки на систему кондиционирования меняются в широком диапазоне (рис.2.). Причины, обусловливающие переменность нагрузок на систему, следующие: - переменность во времени внутренних тепловыделений в здании, связанных с периодичностью работы тепловыделяющего оборудования; - периодичность использования отдельных помещений здания и, соответственно, работа в них элементов СКВ; - сезонные и суточные колебания температур наружного воздуха и интенсивности солнечного облучения наружных ограждений здания. Из сказанного вытекает требование к СКВ эффективно работать в широком диапазоне тепловых нагрузок. При этом наивысшей эффективностью работы система кондиционирования должна обладать в диапазоне тепловых нагрузок от 40 до 70% от максимальной расчетной нагрузки, поскольку именно с такими нагрузками СКВ работает большую часть времени. Неравномерность тепловых нагрузок здания помноженная на ограничения по энергопотреблению привело к созданию систем кондиционирования с аккумуляцией холода (ледяные аккумуляторы VRV системы DAIKIN). Особый интерес эти системы имеют в регионах, где различаются дневной и ночной тарифы на электроэнергию. Экономично работать как при малых, так и при значительных тепловых нагрузках позволяет инверторный привод компрессорного оборудования. При этом наибольшей эффективностью система кондиционирования может обладать именно в требуемом диапазоне нагрузок. Точное согласование требуемой холодопроизводительности и рабочей достигается высокоэффективной системой микропроцессорного управления. На рис.3. приведены характеристики системы VRV DAIKIN с инверторным управлением. Рис.3. Сказанное в отношении СКВ в целом в той же степени относится и к оборудованию, обрабатывающему воздух в помещении. Здесь также согласование реальной тепловой нагрузки с холодопроизводительностью оборудования ведет к снижению непроизводительных потерь. Любое переохлаждение помещения ниже требуемой температуры это перерасход энергии. Согласование холодопроизводительности внутреннего блока с тепловой нагрузкой помещения возможно путем установки во внутренний блок электронного вентиля, управляемого микропроцессором, что обеспечивает дозированную подачу во внутренний блок холодильного агента, позволяет повысить комфортные условия в помещении и экономичность работы. Помимо прямых энергетических затрат на производство холода или тепла, система кондиционирования имеет и косвенные затраты, связанные с транспортом энергии от холодильной станции к кондиционируемому помещению. Сопоставление затрат на перенос энергии показывает значительные преимущества систем непосредственного охлаждения перед водяными и воздушными. Среда Потребляемая мощность (кВт) Потребители энергии Размер трассы 900 мм Воздух 7,4 Вентилятор Вода 4,7 Насос, фанкойлы 89 мм х 2 Холодильный агент 2,5 Внутренние блоки Жидкость / Газ 25,4 / 65 мм Системы непосредственного охлаждения, по сравнению с водяными (чиллерными) системами, с точки зрения экономии энергии имеют еще одно существенное преимущество. В чиллерных системах, представляющих собой системы с промежуточным теплоносителем (водой), холод или тепло передается по цепочке холодильный агент – вода – воздух. Процессы передачи тепла всегда идут с потерями и появление в системе дополнительного теплообменника с реальными перепадами температур увеличивает потери энергии. Для зданий, особенно в межсезонье, одновременно в ряде помещений требуется охлаждение, а в ряде помещений – нагрев. При выполнении СКВ теплонасосной «перекачка» тепла из охлаждаемых помещений в обогреваемые (регенерация тепла в пределах здания) дополнительно повышает энергетическую эффективность. Например в системе VRV, регенерация тепла и холода в здании решена в полном объеме применением трехтрубной системы. Реально достигаемая годовая экономия энергии только за счет регенерации холода и тепла составляет в офисном здании от 10% до 20% (в качестве базы сравнения принята также системаVRV – тепловой насос). Рис.4. Существенной тепловой нагрузкой для кондиционируемого здания являются теплопоступления с приточным воздухом. Для типичного офисного здания доля этой нагрузки в общих теплопоступлениях составляет 12 – 20%.Тепло с приточным воздухом поступает как в явном, так и в скрытом (с водяными парами) виде. Регенерация холода вытяжного воздуха является одной из возможных статей экономии энергии. Интерес представляет приточно-вытяжная система вентиляции VAM (DAIKIN), которая содержит рекуперативный теплообменник обеспечивающий теплообмен по полному, а не только по явному теплу. Достигнута за счет этого эффективность теплообмена 67% по энтальпии, что является рекордным значением для компактных воздушных теплообменников при температурных напорах, характерных для кондиционирования. Управление системой кондиционирования также должно быть нацелено на энергосбережение. Современные компьютерные системы управления широкое используют, например, таймерные устройства, в том числе с режимами, обеспечивающими охлаждение или нагрев помещения до заданной температуры точно к установленному времени. Это исключает расход холода и тепла в период отсутствия в помещении людей. Наличие режима «скользящая температура», когда поддерживаемая в помещении температура устанавливается не жестко, а изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха также обеспечивает экономное расходование энергии. Сегодня реальными конкурентами в качестве центральных систем кондиционирования воздуха комфортного назначения выступают традиционные системы чиллер + фанкойлы и системы VRV DAIKIN. С точки зрения энергосбережения система VRV является абсолютным победителем, расходуя электроэнергии всего 37 Вт/м2, в то время как традиционная система чиллер+фанкойлы для создания равных условий израсходует 60 Вт/м2. Установленная электрическая мощность кондиционеров VRV системы также примерно на 40% меньше, чем для традиционных центральных систем. В системе VRV воедино собраны все новейшие достижения в области энергосбережения, что и определяет стремительный рост объемов производства систем VRV и их применение в качестве центральных систем комфортного кондиционирования зданий
Многофункциональный. Новая страница 1. Порівняльний аналіз енергозберігаючої політики в країнах європи. Выполненные проекты. Новая страница 1. Главная -> Экология 
|