Оценка эффективности регенерации тепловых отходов в продуваемых непроходных каналах теплотрасс

Для повышения энергетической эффективности тепловых сетей с теплопроводами, размещенными в непроходных каналах, разработано схемно-структурное решение регенеративно-утилизационного использования тепловых отходов, возникающих при транспорте тепловой энергии. Ввиду сложности создания натурной экспериментальной установки в исследовании применена виртуальная, реализованная средствами программного комплекса Ansys, на которой выполнен активный численный эксперимент. Получены регрессионные уравнения для расчета интенсивности теплоотдачи от трубопроводов и ограждающих конструкций канала при заданном изменении типоразмера,  длины каналов и трубопроводов для различных температур наружного воздуха и грунта, характерных для отопительного и межотопительного периодов. Проведены статистический анализ, верификация и валидация указанных регрессионных соотношений, получены двумерные сечения гиперповерхностей в исследованном диапазоне изменения управляемых факторов. Представлены результаты численного моделирования рабочих режимов принудительной вентиляции непроходных каналов теплотрасс с определением плотности тепловых потоков от грунта и трубопроводов сетевой воды, расхода воздуха, мощности вытяжных вентиляторов. При этом принимались следующие условия: скорость потока воздуха не выше 8 м/с, длина участка теплопровода обеспечивает температуру воздуха на выходе из канала, при которой не происходит увеличение потерь теплоты от трубопроводов сетевой воды к грунту при штатных режимах эксплуатации теплосетей. Исследована энергетическая эффективность утилизации теплоты, рассеиваемой трубопроводами сетевой воды и охлаждения грунта в непроходных каналах теплотрасс, путем интенсификации их вентиляции и применения теплонасосного оборудования в концевых точках каналов для нагрева сетевой воды в зависимости от геометрических характеристик участка теплотрассы, температуры воздуха, грунта и сетевой воды установки на центральных тепловых пунктах или непосредственно на теплоисточниках. Выявлен потенциал энергосбережения для систем централизованного теплоснабжения с различными видами теплоисточников и объединенной энергосистемы при утилизации тепловых потоков от грунта и теплопроводов, проложенных в непроходных каналах.  На базе энергосберегающего потенциала проведена технико-экономическая оценка и определены условия экономической целесообразности реализации предложенного технического решения.

1. Седнин, В. А. Системы регенеративно-утилизационного теплоиспользования для теплотрасс в непроходных каналах / В. А. Седнин, Т. В. Бубырь // Энергия и менеджмент. 2017. № 4 (97). С. 2–6.

2. Седнин, В. А. Регенеративно-утилизационное теплоиспользование в непроходных каналах теплотрасс / В. А. Седнин, Т. В. Бубырь // Глобальная энергетика: партнерство и устойчивое развитие стран и технологий: сб. науч.-практ. конф. в рамках Форума проектов программ Союзного государства – VI Форума вузов инженерно-технологического профиля, 24–28 октября 2017 г. Минск: БНТУ, 2018. С. 116–120.

3. Седнин, В. А. Численное исследование сложного теплообмена в продуваемых непроходных каналах теплотрасс / В. А. Седнин, Т. В. Бубырь // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62. № 1. С. 61–76. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-1-61-76.

4. Седнин, В. А. Исследование теплообмена в продуваемых непроходных каналах теплотрасс. Часть 1 / В. А. Седнин, Т. В. Бубырь // Наука и техника. 2021. Т. 20, № 2. С. 150–160. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-2-150-160.

5. Халафян, А. А. Промышленная статистика. Контроль качества, анализ процессов, планирование экспериментов в пакете STATISTICA / А. А. Халафян. М.: Либроком, 2013. 384 с.

6. Тихомиров, В. Б. Планирование и анализ эксперимента (при проведении исследований в легкой и текстильной промышленности) / В. Б. Тихомиров. М.: Легкая индустрия, 1974. 262 с.

7. Седнин, В. А. Исследование теплообмена в продуваемых непроходных каналах иеплотрасс. Часть 2 / В. А. Седнин, Т. В. Бубырь // Наука и техника. 2021. Т. 20, № 3. С. 248–258. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-3-248-258.

8. Средний расчетный срок окупаемости мероприятий по энергосбережению [Электронный ресурс] / Департамент по энергоэффективности. 2017. Режим доступа: https://energoeffect.gov.by/programs/forming/spravka/2010-12-29-15-10-34. Дата доступа: 22.06.2021.

9. Брух, С. В. Особенности применения воздушных тепловых насосов для северных территорий [Электронный ресурс] / С. В. Брух // СОК. 2017. № 4. Режим доступа: https://www.c-o-k.ru/articles/osobennosti-primeneniya-vozdushnyh-teplovyh-nasosov-dlya-severnyh-territoriy. Дата доступа: 22.01.2022.

10. Строительная климатология (Изменение № 1 СНБ 2.04.02–2000) = Будаўнiчная клiматологiя. Будаўнічыя нормы Рэспублікі Беларусь: СНБ 2.04.02–2000. Введ. 01.07.07. Минск: М-во архитектуры и стр-ва Респ. Беларусь, 2007. 35 с.

11. Тепловые насосы воздух-вода NIBE™ F2120 [Электронный ресурс] / ЭНЕРГЕО. 2022. Режим доступа: http://energeo.by/products/heatpumps/air-water/f2120/. Дата доступа: 11.08.2022.

12. Air to Water Heat Pump High Temperature [Electronic Resource] / Daikin Airconditioning UK Ltd. 2022. Mode of access: https://www.daikin.co.uk/en_gb/product-group/air-to-water-heat-pump-high-temperature.html. Date of access: 13.08.2022.

13. High Temperature Heat Pumps [Electronic Resource] // European Fluorocarbons Technical Committee (EFCTC). 2022. Mode of access: https://www.fluorocarbons.org/applications/high-temperature-heat-pumps/. Date of access: 13.08.2022.

14. Norwegian Researchers Develop ‘World’s Hottest Heat Pump’ [Electronic Resource] // Ammonia 21. Mode of access: https://ammonia21.com/norwegian-researchers-develop-worlds-hottest-heat-pump/. Date of access: 13.08.2022.

15. A Review and Perspective on Industry High-Temperature Heat Pumps [Electronic Resource] / J. Jiang [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 161, 112106. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112106.

16. Высокотемпературный тепловой насос (водонагреватель) TCAH200HH на природном хладагенте CO2 [Электронный ресурс]. 2022. Режим доступа: https://tica.pro/catalog/co2-heat-pump/. Дата доступа: 11.08.2022.

17. К вопросу использования побочных низкотемпературных тепловых энергоресурсов в системах теплоснабжения предприятий и промышленных узлов / В. Н. Романюк [и др.] // Энергия и менеджмент. 2017. № 5. С. 2–9.

18. Седнин, В. А. Интеграционные тенденции в системах теплоснабжения / В. А. Седнин, А. В. Седнин // Энергоэффективность. 2021. № 6. С. 23–27.

19. Sednin, A. V. An Approach to Data Processing for the Smart District Heating System / A. V. Sednin, A. V. Zherelo // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 3. С. 240–249. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-3-240-249.