АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АКТУАЛЬНОСТЬ 6
1.1 Природно-климатическая характеристика района исследования 6
1.2 Характеристика систем теплоснабжения района исследования 7
1.3 Проблема теплового загрязнения окружающей среды 9
1.4 Возможности утилизации низкотемпературной тепловой энергии 11
1.5 Рынок и классификация тепловых насосов 16
Выводы по разделу 1 20
2 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ 22
2.1 Характеристика объекта 22
2.2 Расчет теплового баланса объекта исследования 23
2.2.1 Теплопотери через стены 27
2.2.2 Теплопотери через дверь 28
2.2.3 Теплопотери через окна 28
2.2.4 Общие теплопотери 29
2.3 Характеристика системы водоотведения объекта исследования 30
2.3.1 Усреднитель 31
2.3.2 Узел механической очистки 32
2.3.3 Узел биокаталитической очистки 32
2.3.4 Узел адсорбционно-каталитической доочистки 33
2.3.5 Установка ультрафиолетового обеззараживания 33
2.3.6 Обезвоживание осадка 33
2.4 Расчет тепловых ресурсов сточных вод 33
2.5 Разработка схемы съема тепловой энергии с использованием ТНУ 35
2.5.1 Станция централизованного тепло- и холодоснабжения (г. Токио) 35
2.5.2 Автоматизированная теплонасосная установка (г. Зеленоград) 37
2.5.3 Тепловой насос, работающий на сточных водах (г. Набережные Челны) 39
2.5.4 Подбор оборудования и описание схемы 41
2.5.5 Расчет элементов ТНУ 42
2.6 Эколого-экономическая оценка предлагаемого объекта 47
Выводы по разделу 2 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 52
ПРИЛОЖЕНИЯ О
шибка! Закладка не определена.
ПРИЛОЖЕНИЕ А Схематическая карта районированияОшибка! Закладка не определена.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Генеральные планы поселкаОшибка! Закладка не
определена.
ПРИЛОЖЕНИЕ В Принципиальная схема канализацииОшибка! Закладка не определена.
В силу климатических условий рассматриваемого региона, в Челябинской области, как и во многих других регионах нашей страны, теплоснабжение играет важную роль в жизни населения. При длительности отопительного сезона в среднем 218 дней (для Челябинской области), количество энергии, потребляемой на нужды теплоснабжения, достаточно велико.
Кроме того, дополнительно расходуется тепло на нужды горячего водоснабжения, часть которого (по некоторым оценкам около 40%) сбрасывается в канализационную сеть. После чего нагретые сточные воды, проходя через систему насосных станций, очистные сооружения, на которых они осветляются, фильтруются и теряют часть своей теплоты, попадают в окружающую среду, где приводят к ее тепловому загрязнению. В первую очередь этому влиянию подвергается гидросфера, что приводит к цветению воды и изменению видового состава населяющих ее организмов.
В качестве решения данных проблем может быть предложено использование низкопотенциального тепла сточных вод с помощью тепловых насосов на нужды теплоснабжения. Возможность применения данного решения в условиях Челябинской области и рассмотрена в данной работе.
В данной работе были рассмотрены природно-климатические условия и характеристика системы теплоснабжения Челябинской области, вопросы теплового загрязнения окружающей среды и возможности утилизации низкотемпературной тепловой энергии для снижения данного загрязнения. Был проведен обзор существующих тепловых насосов, а также практических решений по применению низкопотенциального тепла неочищенных сточных вод с использованием теплонасосных установок.
Был произведен расчет теплового баланса жилых домов клубного поселка «Привилегия». По результатам расчетов на 1 м2 жилой площади приходится в среднем 70 Вт тепла, при этом тепловые потери всего жилищного фонда составляют 12.6 МВт.
Для работы установки был выбран парокомпрессионный насос типа «вода- вода» Mammoth MCRH 0180 мощностью 672 кВт с компрессором мощностью 143 кВт.
Дополнительно для покрытия пиков в работе теплового насоса был выбран пиковый догреватель мощностью 218.2 кВт.
В качестве испарителя и конденсатора были выбраны рекуперативные теплообменники типа «труба в трубе», работающие по принципу противоточной системы. Площадь поверхности нагрева испарителя и конденсатора 16 342 и 11 353.9 м2, соответственно.
Теплообменник, отбирающий тепло сточных вод, устанавливается непосредственно в трубу, по которой еще неочищенные сточные воды поступают на Кременкульские очистные сооружения. Такое место установки позволяет снимать наиболее высокую температуру сточных вод из возможных.
Кроме того, была проведена эколого-экономическая оценка разработанной схемы. Применение подобного решения на практике при использовании низкопотенциального тепла всех сточных вод, поступающих, на Кремочистные сооружения, позволит сэкономить до 603 т у.т. ежегодно и не допустить его сжигания. Что также предотвращает попадание в атмосферу 445 т углекислого
газа ежегодно.
Ежегодно такое решение позволит экономить 1 874 295 рублей на использовании газа с целью теплоснабжения, в таком случае срок окупаемости установки составляет 4.8 лет. Более того данный срок на практике может быть уменьшен, т.к. цены на ископаемое топливо постоянно только увеличиваются [29].
Для повышения эффективности использования низкопотенциальной энергии муниципальных стоков возможно устанавливать их непосредственно возле крупных источников их образования, например, в многоэтажных домах или на насосных станциях микрорайонов. Подобное решение позволит снимать теплоту с более нагретых сточных вод, которые еще не прошли по всей длине трубопровода до очистных сооружений, и упростит передачу выработанной теплоты потребителям.
