Кондиционирование загородного дома
Технико-экономические расчеты
В дипломном проекте разрабатывается установка теплового
насоса для отопления (охлаждения) жилых зданий. Тепловой насос представляет
собой чистую, работающую без сжигания топлива и выбросов, установку, которая
производит тепло за счет охлаждения окружающей среды (низкопотенциальный
источник теплоты – ИНТ) – сточных вод. Тепловые насосы являются единственными
установками, производящими значительно больше электроэнергии (теплоэнергии),
чем потребляют (электроэнергии).
В качестве рабочего вещества используется хладагент R134а с низкой озоноразрушающей активностью, выпускаемый за рубежом.
В качестве базы для сравнения использую один из
традиционных способов отопления, такой как отопление с помощью электрического
котла. При использовании теплового насоса не происходит теплового загрязнения
рек, так как сточные воды, пройдя через теплообменные аппараты, находятся в
безопасных для экологии температурных диапазонах. Кроме того, себестоимость
получения тепла ниже, чем в базовом варианте.
Тепловые насосы является прекрасной альтернативой
традиционным источникам тепловой энергии – котлам и прямому электрическому
отоплению, а в некоторых случаях, например при отсутствии подведенных газовых
сетей и недостаточных мощностях в электрических сетях, единственным надежным
современным источником тепловой энергии. Очень часто стоимость подводки газовых
сетей сопоставима со стоимостью теплового насоса и работ по его установке. По
сравнению с котлами тепловые насосы отличаются тем, что используют бесплатные и
возобновляемые источники энергии: окружающий и отходящий воздух систем
вентиляции, грунт, воду подземных источников и открытых незамерзающих водоемов,
сточные и сбросовые воды технологических процессов. Они имеют отношение
полученной энергии к затраченной порядка 3-7, что недоступно никакому котлу, не
требуют подвода газовых сетей или создания топливохранилищ, не загрязняют
атмосферу, поскольку не создают никаких выбросов, взрывобезопасны, для их
работы необходимо только электричество, которое, во-первых, дорожает не так
сильно, как газ или дизельное топливо (например, с 1996 г. по 2004 г. стоимость электроэнергии выросла в 3 раза, стоимость дизельного топлива в 6 раз,
стоимость газа в 30 раз), а во-вторых, использование индивидуальных солнечных,
ветровых или небольших гидроэлектростанций позволяет создать полностью
автономную систему. Кроме того, срок службы тепловых насосов значительно
превосходит срок службы котлов. Если срок службы котла составляет 10 – 15 лет,
то срок службы теплового насоса 20-50 лет.
Источником информации служат технико-экономические
расчеты, выполненные фирмой «Тритон» Лтд.
По проведенным исследованиям этой фирмой уже сложился
определенный уровень цен на тепловые наосы. Цена на тепловой наос зависит от
производительности установки, которая измеряется в кВт произведенного тепла.
Удельная стоимость тепловых насосов.
Потребляемая
мощность.
Nэ,кВт
|
Тепловая производительность,
Qk, кВт
|
Удельная стоимость оборудования, руб/кВт
|
3
|
10
|
5800
|
7
|
20
|
4350
|
11
|
35
|
3480
|
20
|
60
|
2900
|
26
|
80
|
2900
|
50
|
150
|
2320
|
В данном дипломном проекте спроектирован тепловой насос
производственной мощностью 24 кВт. Таким образом, опираясь на проведенные
исследования фирмы «Тритон» я могу рассчитать стоимость моего теплового насоса
исходя из удельной стоимости оборудования руб/кВт (см. Табл.1).
Характеристики спроектированного теплового
насоса:
Потребляемая мощность Nэ=8,2 кВт
Производительность Qk=24
кВт
При данных условиях удельная стоимость оборудования будет
стоить 3700 руб/кВт. Таким образом, можно рассчитать стоимость
теплового насоса.
Цт.н. = Qk ·S=24·3700=88800 руб.
Где: S= 3700 руб/кВт – удельная
стоимость оборудования.
Спроектированный тепловой насос способен отопить
помещение площадью ≈225м². Такие тепловые насосы целесообразно
использовать (и уже используются) для отопления домов, коттеджей, дач, где есть
электричество, но может не быть газа, угля или другого топлива.
В качестве объекта для сравнения я использую один из
традиционных способов отопления, с помощью электрического котла.
8.3. Характеристики электрического котла
Модель
|
Эван
С1-24
|
Номинальная
мощность, кВт
|
24
|
Напряжение, В
|
380
|
Диапазон
регулирования мощности, кВт
|
18-24-30
|
Отапливаемая
площадь, м²
|
220…240
|
Диапазон
регулирования температуры в помещении,°С
|
5…30
|
Диапазон регулирования
температуры теплоносителя, °С
|
35…85
|
Масса, кг
|
24
|
Удельная
стоимость, руб/кВт
|
750
|
Цена, руб.
|
15400
|
(Информация предоставлена фирмой «Эван»).
При сравнении теплового наоса и электрического котла мы
видим, что стоимость теплового насоса (88800 руб.) гораздо больше стоимости
электрического котла(15400 руб). Но потребляемая электрическая энергия у
теплового насоса тоже гораздо меньше, чем у электрического котла.
(Nэ т.н/ Nэ э.к≈3).
Сбережение энергоресурсов очень важная задача.
Американские ученые подсчитали, что при выработке 1кВт*час электрической
энергии на теплоэлектростанции в окружающую среду выбрасывается 0,52кг
углекислого газа. Таким образом, сбережение потребляемой электрической энергии
позволяет как уменьшить расходы за оплату этой электрической энергии, так и
существенно сократить загрязнения окружающей среды выбросами в нее углекислого
газа (СО2).
За базовый образец берем электрический котел с
номинальной мощностью N=24кВт, и тепловой насос
спроектирован на мощность 24 кВт.
Мощность электрического котла может регулироваться в диапазоне от 15 до 24 кВт
тепла.
При сравнении я сравниваю тепловой насос и электрический
котел на одном режиме. В качестве этого режима служит номинальная
производительность теплового насоса N=24 кВт (тепла).
То, что тепловой насос потребляет меньше электрической
энергии, чем электрический котел, дает нам экономию и, в конце концов, тепловой
насос окупает себя, через некоторое время, по сравнению с электрическим котлом.
Сравнительные характеристики, анализ работы обеих
установок, а также окупаемость теплового насоса вносятся в сводную таблицу.
8.4. Экономия средств, при использовании теплового насоса
за счет меньшего потребления электроэнергии в год (руб).
ΔС=Сэ.к.- Ст.н.=27216 –
8470,9=18745,1 руб.
где:
Сэ.к .=27216 – годовые затраты на
электроэнергию электрического котла.
Ст.н.=8470,9 – годовые затраты на
электроэнергию теплового насоса.
8.5. Срок окупаемости теплового насоса
t=(Цт.н.- Цэ.к.)/ ΔС=(88800-15400)/18745,1=4
года
Цт.н.= 88800 руб –
стоимость теплового насоса.
Цэ.к..= 15400 руб –
стоимость электрического котла.
8.6.Сводная таблица
Система
теплопроизводства
|
Тепловой насос
|
Электрокотел
|
Характеристики
|
Номинальная
мощность, кВт
|
24
|
24
(18-24-30)
|
Площадь
отапливаемого помещения, м²
|
225
|
225
|
Потребляемая
электроэнергия для отопления
помещения, кВт
|
8,2
|
24
|
Число часов
работы установки в год, час
|
5400
|
5400
|
Годовое
потребление электроэнергии, кВт*ч
|
44280
|
129600
|
Стоимость
электроэнергии, руб/кВт*ч
|
0,63
|
0,63
|
Годовые затраты
на потребляемую
электроэнергию,
руб
|
8470,9
|
27216
|
Экономия в год,
руб.
|
18745,1
|
-
|
Удельная
стоимость оборудования, руб/кВт
|
3700
|
750
|
Стоимость
оборудования, руб.
|
88800
|
15400
|
Срок окупаемости
теплового насоса, лет
|
4
|
-
|
Список
используемой литературы:
1.
Основные требования к разделу
«Технико-экономическое обоснование дипломных проектов», - М.: МГУИЭ, 2003г.
2.
«Курсовое и дипломное проектирование холодильных
установок и систем кондиционирования воздуха», Свердлов, Явнель, Москва, 1976г.
3.
«Расчет эксплуатационных и капитальных затрат в
дипломном проектировании», Методические указания, МИХМ, 1983г.