ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ НА БАЗІ ТЕПЛОНАСОСНИХ СИСТЕМ: ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНА ОПТИМІЗАЦІЯ У РАЗІ ЗАБОРУ ТЕПЛА З ВОДОТОКІВ

Анотація

Розглянуто техніко-економічні аспекти застосування теплонасосних установок (ТНУ) у системах теплопостачання, що ґрунтуються на використанні низькопотенційної теплоти (НПТ) з природних водних джерел, зокрема річкових водотоків. Теплонасосні системи здатні ефективно використовувати природні ресурси для забезпечення енергетичних потреб, що є важливим аспектом у контексті зниження енергетичних витрат та впливу на довкілля. Обґрунтовано переваги використання замкнутої схеми теплозабору з циркуляцією теплоносія з низькою температурою замерзання, що забезпечує надійність роботи системи у зимовий період та знижує ризик утворення льоду в теплообмінниках. Представлено конструктивні варіанти теплообмінників для вилучення теплоти з водного середовища, які дозволяють підвищити ефективність теплопередачі та зменшити гідравлічні втрати в системі.

Проаналізовано недоліки традиційних донних колекторів з поліетиленових труб, зокрема їхню високу матеріаломісткість, складність монтажу, а також схильність до засмічення, що знижує ефективність системи в цілому. Як альтернативу запропоновано використання трубчастих ґраток, орієнтованих перпендикулярно до напрямку течії, що дозволяє поліпшити теплообмін, зменшити гідравлічні втрати і підвищити ефективність вилучення теплоти, завдяки збільшенню контактної площі між теплоносієм і водним середовищем. Цей підхід дозволяє значно знизити загальні витрати на експлуатацію системи та забезпечити сталий та надійний процес теплопостачання.

Досліджено питання гідравлічного опору, вартості матеріалів, вибору оптимального теплоносія та інших важливих експлуатаційних характеристик, які суттєво впливають на загальну економічну ефективність системи. Сформульовано задачу техніко-економічної оптимізації конструкції теплообмінника з урахуванням двох змінних — діаметра труб та їхньої загальної довжини. Як критерій оптимізації вибрано мінімальний термін окупності системи порівняно з базовим варіантом прямого електрообігріву. Запропоновано методику, яка дозволяє визначити економічно доцільні конструктивні параметри теплообмінника, з урахуванням ефективності роботи ТНУ, капітальних витрат на впровадження системи та потенційні енергетичні заощадження. Підсумовано щодо перспектив широкого впровадження теплонасосних систем з водотоків у практику сталого теплопостачання, що дозволяє значно знизити енергетичні витрати та зменшити вплив на довкілля.