содержание .. 3 4 5 6 ..
Технико-экономическое обоснование применения систем вентиляции с роторной рекуперацией тепла - часть 5
Таблица 2-6
Температу
Время
Количество
Затраты
Темпе
Количество
Мощность
Затраты
Общие
Затраты
ра
стояния
тепла
энергии
ратура
тепла
двигателя,
энергии
затраты
энергии за год
наружного
данной
необходимое
за год
воздух
необходимое
кВт
на
энергии,
при
воздуха,
температ
для
при
а
для подогрева
роторе,
кВт
использовании
оС
уры в
подогрева
прямото
после
воздуха после
возника
установок с
течение
воздуха в
чной
рекупе
рекуператора,
ющие
рекуперацией,
года, ч
прямоточной
системе,
ратора
кВт
из-за
кВтЧ
установке,
кВтЧ
, °С
потерь
кВт
напора,
кВт
29
2
0,0
0,0
21,4
0,00
0,00
0,42
0,42
0,8
28
6
0,0
0,0
21,2
0,00
0,00
0,42
0,42
2,5
27
13
0,0
0,0
21,1
0,00
0,00
0,42
0,42
5,5
26
17
0,0
0,0
20,9
0,00
0,00
0,42
0,42
7,1
25
26
0,0
0,0
20,8
0,00
0,00
0,42
0,42
10,9
24
38
0,0
0,0
20,6
0,00
0,00
0,42
0,42
16,0
23
40
0,0
0,0
20,5
0,00
0,00
0,42
0,42
16,8
22
75
0,0
0,0
20,3
0,00
0,00
0,42
0,42
31,5
21
96
0,0
0,0
20,2
0,00
0,00
0,42
0,42
40,3
20
151
0,0
0,0
20,0
0,00
0,00
0,42
0,42
63,4
19
178
0,0
0,0
19,9
0,00
0,00
0,42
0,42
74,8
18
215
0,0
0,0
19,7
0,00
0,00
0,42
0,42
90,3
17
244
3,3
813,3
19,6
0,00
0,00
0,42
0,42
102,5
16
281
6,7
1873,3
19,4
0,00
0,00
0,42
0,42
118,0
15
298
10,0
2980,0
19,3
0,00
0,00
0,42
0,42
125,2
14
310
13,3
4133,3
19,1
0,00
0,00
0,42
0,42
130,2
13
276
16,7
4600,0
19,0
0,00
0,00
0,42
0,42
115,9
12
264
20,0
5280,0
18,8
0,00
0,00
0,42
0,42
110,9
11
254
23,3
5926,7
18,7
0,00
0,00
0,42
0,42
106,7
10
243
26,7
6480,0
18,5
0,00
0,00
0,42
0,42
102,1
9
262
30,0
7860,0
18,4
0,00
0,00
0,42
0,42
110,0
8
240
33,3
8000,0
18,2
0,00
0,00
0,42
0,42
100,8
7
219
36,7
8030,0
18,1
0,00
0,00
0,42
0,42
92,0
6
227
40,0
9080,0
17,9
0,33
0,07
0,42
0,82
186,9
5
232
43,3
10053,3
17,8
0,83
0,07
0,42
1,32
307,0
4
238
46,7
11106,7
17,6
1,33
0,07
0,42
1,82
434,0
3
257
50,0
12850,0
17,5
1,83
0,07
0,42
2,32
597,1
2
337
53,3
17973,3
17,3
2,33
0,07
0,42
2,82
951,5
1
420
56,7
23800,0
17,2
2,83
0,07
0,42
3,32
1395,8
0
428
60,0
25680,0
17,0
3,33
0,07
0,42
3,82
1636,4
-1
303
63,3
19190,0
16,9
3,83
0,07
0,42
4,32
1310,0
-2
299
66,7
19933,3
16,7
4,33
0,07
0,42
4,82
1442,2
-3
279
70,0
19530,0
16,6
4,83
0,07
0,42
5,32
1485,2
-4
261
73,3
19140,0
16,4
5,33
0,07
0,42
5,82
1519,9
-5
203
76,7
15563,3
16,3
5,83
0,07
0,42
6,32
1283,6
-6
215
80,0
17200,0
16,1
6,33
0,07
0,42
6,82
1467,0
-7
161
83,3
13416,7
16,0
6,83
0,07
0,42
7,32
1179,1
-8
166
86,7
14386,7
15,8
7,33
0,07
0,42
7,82
1298,7
-9
155
90,0
13950,0
15,7
7,83
0,07
0,42
8,32
1290,1
-10
128
93,3
11946,7
15,5
8,33
0,07
0,42
8,82
1129,4
-11
114
96,7
11020,0
15,4
8,83
0,07
0,42
9,32
1062,9
-12
104
100,0
10400,0
15,2
9,33
0,07
0,42
9,82
1021,6
-13
81
103,3
8370,0
15,1
9,83
0,07
0,42
10,32
836,2
-14
69
106,7
7360,0
14,9
10,33
0,07
0,42
10,82
746,8
56
-15
67
110,0
7370,0
14,8
10,83
0,07
0,42
11,32
758,7
-16
55
113,3
6233,3
14,6
11,33
0,07
0,42
11,82
650,3
-17
47
116,7
5483,3
14,5
11,83
0,07
0,42
12,32
579,2
-18
38
120,0
4560,0
14,3
12,33
0,07
0,42
12,82
487,3
-19
29
123,3
3576,7
14,2
12,83
0,07
0,42
13,32
386,4
-20
21
126,7
2660,0
14,0
13,33
0,07
0,42
13,82
290,3
-21
19
130,0
2470,0
13,9
13,83
0,07
0,42
14,32
272,1
-22
13
133,3
1733,3
13,7
14,33
0,07
0,42
14,82
192,7
-23
10
136,7
1366,7
13,6
14,83
0,07
0,42
15,32
153,2
-24
11
140,0
1540,0
13,4
15,33
0,07
0,42
15,82
174,1
-25
9
143,3
1290,0
13,3
15,83
0,07
0,42
16,32
146,9
-26
9
146,7
1320,0
13,1
16,33
0,07
0,42
16,82
151,4
-27
6
150,0
900,0
13,0
16,83
0,07
0,42
17,32
103,9
-28
4
153,3
613,3
12,8
17,33
0,07
0,42
17,82
71,3
-29
1
156,7
156,7
12,7
17,83
0,07
0,42
18,32
18,3
-30
1
160,0
160,0
12,5
18,33
0,07
0,42
18,82
18,8
итого
409360
28610,3
Построим график зависимости (рис. 2.23) энергозатрат на рекуперацию с
учетом стояния температур в течение года:
Рисунок 2.23
Энергозатраты на вентиляцию, с учетом времени
стояния температур в течение года
1800,0
1600,0
1400,0
1200,0
Затраты энергии за год
1000,0
при использовании
установок с рекуперацией,
800,0
кВтЧ
600,0
400,0
200,0
0,0
Наружная температура
Количество энергии необходимой для подогрева приточного воздуха,
затрачиваемой за год составляет: Q
,
кВтч
рот =2861
2. При η = 80% получаем затраты энергии Q
,
кВтч
(рис. 2.24):
рот =4893
57
Рисунок 2.24
Энергозатраты на вентиляцию, с учетом времени
стояния температур в течение года
3500,0
3000,0
2500,0
Затраты энергии за год
2000,0
при использовании
установок с рекуперацией,
1500,0
кВтЧ
1000,0
500,0
0,0
Наружная температура
3. При η = 75% получаем затраты энергии Q
,
кВтч(рис. 2.25):
рот =7036
Рисунок 2.25
Энергозатраты на вентиляцию, с учетом времени
стояния температур в течение года
5000,0
4500,0
4000,0
3500,0
3000,0
Затраты энергии за год
при использовании
2500,0
установок с
2000,0
рекуперацией, кВтЧ
1500,0
1000,0
500,0
0,0
Наружная температура
4. При η = 70% получаем затраты энергии Q
,
кВтч
(рис. 2.26):
рот =9240
58
Рисунок 2.26
Энергозатраты на вентиляцию, с учетом времени
стояния температур в течение года
7000,0
6000,0
5000,0
Затраты энергии за год
4000,0
при использовании
установок с
3000,0
рекуперацией, кВтЧ
2000,0
1000,0
0,0
Наружная температура
2.6. Сравнение затрат энергии при прямоточной системе
вентиляции и при использовании приточно-вытяжных
установок
При выполнении технико-экономического сопоставления соблюдаются
условия сопоставимости рассматриваемых альтернативных вариантов проектных
решений: обеспечение одинаковых расходов и параметров приточного воздуха.
На графике представлены сравнительные характеристики затрат энергии за год
при прямоточной системе вентиляции и при использовании приточно-вытяжных
установок.
1. при η = 85% получаем Q
,
кВтч
Затраты энергии на
рот =2861
прямоточную вентиляцию Q
кВтч
= 409360
.(рис. 2.27):
пр
59
Рисунок 2.27
Энергозатраты на вентиляцию, с учетом времени
стояния температур в течение года
30000,0
25000,0
Затраты энергии за год
при прямоточной системе,
20000,0
кВтЧ
15000,0
Затраты энергии за год
при использовании
10000,0
установок с рекуперацией,
кВтЧ
5000,0
0,0
Наружная температура
2. При η = 80% получаем Q
,
кВтч
Затраты энергии на
рот =4893
прямоточную вентиляцию Q
кВтч
= 409360
. (рис. 2.28):
пр
Рисунок 2.28
Энергозатраты на вентиляцию, с учетом времени
стояния температур в течение года
30000,0
25000,0
Затраты энергии за год
при прямоточной системе,
20000,0
кВтЧ
15000,0
Затраты энергии за год
при использовании
10000,0
установок с рекуперацией,
кВтЧ
5000,0
0,0
Наружная температура
3. При η = 75% получаем Q
,
кВтч
Затраты энергии на
рот =7036
прямоточную вентиляцию Q
кВтч
= 409360
. (рис. 2.29):
пр
60
Рисунок 2.29
Энергозатраты на вентиляцию, с учетом времени
стояния температур в течение года
30000,0
25000,0
Затраты энергии за год
при прямоточной системе,
20000,0
кВтЧ
15000,0
Затраты энергии за год
при использовании
10000,0
установок с рекуперацией,
кВтЧ
5000,0
0,0
Наружная температура
4. При η = 70% получаем Q
,
кВтч
Затраты энергии на
рот =9240
прямоточную вентиляцию Q
кВтч
= 409360
. (рис. 2.30):
пр
Рисунок 2.30
Энергозатраты на вентиляцию, с учетом времени
стояния температур в течение года
30000,0
25000,0
Затраты энергии за год
при прямоточной системе,
20000,0
кВтЧ
15000,0
Затраты энергии за год
при использовании
10000,0
установок с рекуперацией,
кВтЧ
5000,0
0,0
Наружная температура
Из графиков видно, что при снижении значения температурного к.п.д. ротора
повышаются затраты энергии на нагрев воздуха. Построим зависимость затрат
энергии от значения температурного к.п.д. (рис. 2.31):
61
Рисунок 2.31
Зависимость затрат энергии от значения к.п.д.
450000
400000
350000
300000
250000
200000
150000
100000
50000
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
к.п.д.,%
затраты энергии при системе с рекуперацией
затраты энергии в прямоточной системе
Как видно из графика (рис. 2.31), при η = 0 затраты энергии в системе с
ротором больше затрат при прямоточной системе, это происходит из-за того, что
при проходе воздуха через ротор происходит потеря давления.
62
2.7. Выводы по главе
Для технических разработок, направленных на повышение эффективности
работы вентиляции потребовалось создание математической модели роторного
рекуператора тепла. Выявлены основные факторы, от которых зависит
эффективность работы приточно-вытяжной установки, предложены методики
расчета коэффициента полезного действия.
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:
1. Для расчета и обоснования технико-экономических решений
по
увеличению коэффициента полезного действия системе вентиляции с
роторной рекуперацией тепла установки разработаны модели роторного
рекуператора (модель короткого ротора, линейная модель длинного ротора,
экспоненциальная модель длинного ротора), удовлетворительно
описывающие основные свойства объекта.
2. Установлена зависимость перетока воздуха из вытяжного в приточный
канал ротора от скорости вращения ротора рекуператора. Переток является
ограничением при повышении скорости вращения ротора.
3. Показано, что к.п..д роторного рекуператора не зависит от температуры
воздуха. Максимально достижимое при эксплуатации значение к.п..д.
ограничивается скорость вращения ротора
ω
=2⋅π
⋅ n⋅v l , определенной
кр
из условия допустимого перетока.
4. Предложена методика для определения годовой экономии энергии при
использовании роторного рекуператора тепла на основе расперделения
время стояния температур наружного воздуха в течение года с учетом
затрат на рекуперацию.
63
3. Исследование
экономической
эффективности
применения приточно-вытяжной установки с роторной
рекуперацией тепла
3.1.
Определение среднегодовой доходности инвестиций
3.1.1.
Выбор методики анализа экономической эффективности
Для оценки среднегодовой доходности инвестиций предлагается годовой
индекс доходности инвестиций
(ГДИ)
[35]. Период эксплуатации установки
разбивается на временные интервалы (обычно на годы). Годовая доходность
инвестиций определяет преобладание доходов над расходами за период
владения и определяется по формуле (3.1):
T
T
(3.1)
I
+
R
−
K
∑
t
∑
t
t=1
t=1
ГДИ
=
,
T
T
⋅
K
∑
t
t=1
где t
- номер временного интервала периода эксплуатации установки;
T
- период владения или эксплуатации приточно-вытяжной
установки;
T
∑It
- годовой доход от эксплуатации установки;
t
=1
T
∑Kt
- общая сумма капиталовложений в установку;
t=1
R
- стоимость реверсии (стоимость продажи установки в конце срока
эксплуатации).
Показатель среднегодовой доходности инвестиций используется в качестве
критерия при сравнении проектов и выборе оптимального решения в случаях,
когда есть единовременные инвестиции и долговременная эксплуатация. ГДИ
обычно представляют графически в виде функции времени эксплуатации.
Затраты при устройстве систем вентиляции состоят из капитальных
вложений (стоимость оборудования, доставка, монтаж) и затрат на эксплуатацию
системы. Поэтому для оценки экономической эффективности применения
приточно-вытяжных установок с роторной рекуперацией тепла используем
показатель ГДИ.
3.1.2.
Допущения, принятые при расчете
Для простоты примем годовой доход от эксплуатации установки с
рекуперацией тепла (экономия затрат энергии по сравнению с прямоточной
системой) постоянным и равным I, общие капитальные вложения равными K, шаг
временного интервала равный одному году.
Не будем учитывать, что система вентиляции может не эксплуатироваться в
нерабочее время, т.е. выключаться на ночь и в выходные дни. Среднегодовая
доходность инвестиций определяется при непрерывной работе системы
вентиляции в течение года.
Пренебрежем тем, что в разные года время стояния определенной
температуры может меняться, поэтому затраты энергии за год при использовании
систем вентиляции будем считать неизменными.
64
3.1.3.
Расчет среднегодовой доходности инвестиций
В случае эксплуатации систем вентиляции, стоимость реверсии равна 0
(R=0), т.к. оборудование в конце срока эксплуатации не будет продаваться. Тогда
из (3.1) в этом случае справедлива формула (3.2):
T
(3.2)
I
−
K
∑
t
t=1
ГДИ
=
,
T
T
⋅
K
∑
t
t
=1
где I - постоянный годовой доход от эксплуатации объекта, определяемый
по формуле (3.3):
I
=
(Q −Q
)⋅a,
(3.3)
пр
рот
где
(Q
−
Q
)
-
экономия затрат энергии при использовании
пр
рот
рекуперационной установки по сравнению с прямоточной системой, кВтч;
Q
-
пр
суммарное количество затрат энергии необходимое для подогрева приточного
воздуха в прямоточной системе вентиляции, затрачиваемое за год, кВтч;
Q
-
рот
суммарное количество затрат энергии необходимое для подогрева воздуха после
рекуперационной установки, затрачиваемое за год, кВтч; a
- тариф оплаты
электроэнергии, руб./кВт ч.
T
- общая сумма капиталовложений, руб., которая определяется по
∑Kt
t=1
формуле (3.4):
T
(3.4)
=
S
+β
⋅ S,
∑K
t
t=1
где S - стоимость установки, руб.; β - процент, который составляет уход за
установкой от стоимости установки.
Годовая доходность инвестиций определяется по формуле (3.5):
(Q −Q
)⋅a
−(S
+
β
⋅ S)
(3.5)
пр
рот
ГДИ
=
T
⋅ (
S
+
β
⋅ S
)
Расчетный срок эксплуатации приточно-вытяжной установки GOLD
(по
данным производителя) составляет 20 лет. Только в первый год присутствуют
капитальные вложения, а во все последующие года учитывается только уход за
системой вентиляции.
Определим среднегодовой доход инвестиций при использовании приточно-
вытяжной установки. Стоимость установки GOLD31: S=600000 руб; β=2,5%; a=0,97
руб/кВтч.
1. при η = 85% : Результаты расчета представлены в табл. 3-1 и на рисунке
3.1.
Q
= 409360кВтч ;
Q
,
кВтч
; (Q
−Q
)=38074
,
кВтч
пр
рот =2861
пр
рот
Таблица 3-1
кол-во
лет
ГДИ
1
-0,4
2
11,8
3
7,9
4
5,9
5
4,7
6
3,9
65
7
3,4
8
3,0
9
2,6
10
2,4
11
2,1
12
2,0
13
1,8
14
1,7
15
1,6
16
1,5
17
1,4
18
1,3
19
1,2
20
1,2
Рисунок 3.1
Среднегодовая доходность инвестиций при
использовании установки с рекуперацией тепла
15,0
12,0
9,0
среднегодовая
6,0
доходность
инвестиций
3,0
0,0
-3,0
количество лет
2. при η = 80% (рис. 3.2):
Q
= 409360кВтч ;
Q
кВтч; (Q
−Q
) = 360425кВтч
пр
рот =48935
пр
рот
66
Рисунок 3.2
Среднегодовая доходность инвестиций при
использовании установки с рекуперацией тепла
12,0
9,0
6,0
среднегодовая
доходность
инвестиций
3,0
0,0
-3,0
количество лет
3. при η = 75% (рис. 3.3):
Q
= 409360кВтч ;
Q
,
кВтч; (Q
−Q
)=33899
,
кВтч
пр
рот =7036
пр
рот
Рисунок 3.3
Среднегодовая доходность инвестиций при
использовании установки с рекуперацией тепла
12
9
6
среднегодовая
доходность
инвестиций
3
0
-3
количество лет
4. при η = 70% (рис. 3.4):
Q
= 409360кВтч ;
Q
,
кВтч
; (Q
−Q
)=31695
,
кВтч
пр
рот =9240
пр
рот
67
Рисунок 3.4
Среднегодовая доходность инвестиций при
использовании установки с рекуперацией тепла
12
9
6
среднегодовая
доходность
инвестиций
3
0
-3
количество лет
Как видно из графиков, показатель среднегодовой доходности инвестиций
понижается с уменьшением значения температурного к.п.д. (рис. 3.5):
Рисунок 3.5
Среднегодовая доходность инвестиций при
использовании установки с рекуперацией тепла
ГДИ при значении
к.п.д. равном 85%
ГДИ при значении
к.п.д. равном 80%
ГДИ при значении
к.п.д. равном 75%
ГДИ при значении
к.п.д. равном 70%
количество лет
Определим зависимость показателя среднегодовой доходности инвестиций
при разных значениях к.п.д на 10 год эксплуатации установки (рис.3.6):
68
Рисунок 3.6
Зависимость показателя ГДИ на 10 год
эксплуатации от к.п.д.
3
2,5
2
1,5
ГДИ на 10 год
1
эксплуатации
0,5
0
-0,5
0
0,3
0,6
0,9
Значение к.п.д.
Показатель среднегодовой доходности инвестиций
(ГДИ) представляет
собой отношение общего дохода за период владения недвижимостью к величине
капитала, вызвавшего этот доход, с учетом времени владения недвижимостью.
Показатель ГДИ может быть вычислен для любого инвестиционного проекта, с
любой зависимостью доходов и инвестиций от времени.
Для проектов с долговременной отдачей с увеличением срока владения ГДИ
ассимптотически приближается к годовой отдаче. Абсцисса, соответствующая
ГДИ=0 есть срок окупаемости данного инвестиционного проекта. Значение ГДИ в
течение первого года отрицательно, т.к. капитальные вложения превосходят
доход от эксплуатации установки.
Сравним показатели ГДИ в случае повышения тарифов на электроэнергию
(рис. 3.7): η = 85% , при a=0,97 руб/кВтч и при a=1,5 руб/кВтч.
Рисунок 3.7
Зависимость показателя ГДИ от тарифа на
электроэнергию
20,0
ГДИ при значении
15,0
тарифа на
электроэнергию
10,0
равном 0,97
руб/кВтч
5,0
ГДИ при значении
тарифа на
0,0
электроэнергию
равном 1,5 руб/кВтч
-5,0
количество лет
При увеличении тарифов на электроэнергию показатель среднегодовой
доходности инвестиций будет расти (рис. 3.8).
69
содержание .. 3 4 5 6 ..