Сравнительная эффективность применения тепловых насосов в низкотемпературных системах теплоснабжения

Abstract

Рассмотрена сравнительная эффективность работы низкотемпературных систем теплоснабжения с теплонасосными установками и водогрейными котлами. Показано, что коэффициент трансформации (отопительный коэффициент) и коэффициент использования теплоты топлива в теплонасосных установках не могут быть использованы для энергетической оценки эффективности альтернативных систем теплоснабжения. Однако коэффициент трансформации входит в формулы, характеризующие эффективность работы теплонасосных установок. Получена обобщенная формула для определения коэффициента трансформации. Предложено эффективность работы систем теплоснабжения оценивать при помощи индикаторов, характеризующих относительное увеличение эксергетических коэффициентов полезного действия, экономию топлива и экономию затрат на энергоносители. Получены формулы и построены номограммы для определения этих индикаторов. Сравнительный анализ эффективности работы низкотемпературных систем теплоснабжения с теплонасосными установками и водогрейными котлами показал, что эффективность работы систем с теплонасосными установками повышается при увеличении коэффициентов трансформации, цен на топливо, а также при низких ценах на электроэнергию. Отмечено, что при низких ценах на топливо предельные значения коэффициентов трансформации, при которых эффективность работы теплонасосных установок увеличивается, возрастают, а повышение энергетической эффективности теплонасосных установок не всегда может быть гарантией повышения их экономической эффективности. Полученные результаты справедливы лишь для систем отопления, для систем горячего водоснабжения потребуется дополнительный нагрев воды из конденсатора теплонасосных установок до нормативной температуры от другого источника теплоты, что снижает эффективность использования теплонасосных установок.

The article considers comparative operation-efficiency of the low-temperature heatsupply systems with heat pumping plants (HPP) and with hot-water boilers. The paper shows that for energy evaluation of the alternative heat-supply systems effectiveness one cannot employ the transformation ratio (heating coefficient) and the fuel heat-utilization factor in the HPP. Nonetheless the transformation ratio enters the formulae designating the efficiency of HPP operation. The authors obtain a generalized formula for ascertainment of transformation ratio and suggest evaluating the operation efficiency of the heat-supply systems by means of indicators specifying relative gain in the exergy-efficiency factor, fuel savings and saving expenditures connected with fuel and utilities. They attain formulae and build nomographic charts for those indicators ascertainment. The operation-efficiency comparative analysis of the low-temperature heat supply systems with HPP and with hot-water boilers shows that the HPP systems increase their effectiveness with transformation ratio, fuel price increase as well as with low electric-energy prices. The article specifies that with fuel low prices, the transformation-ratios limiting values with which the HPP operation-efficacy gains, grow. Energy-efficiency increase in the HPP does not always guaranty their economic effectiveness. These findings are true only for the heating systems. The hot water-supply systems will require the HPP condenser water additional heating to the assumed temperature from another thermal source, which reduces the effectiveness of the heat pump plants utilizing.