6
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 8
ГЛАВА 1. Теоретические основы автоматизации систем управления
теплоснабжением .................................................................................................. 10
1.1 Автоматизация систем управления энергоснабжением .......................... 10
1.2 Принцип работы теплового насоса. Функции и назначение тепловых
насосов ................................................................................................................ 15
1.3 Современные решения получения тепловой энергии тепловыми
насосами ............................................................................................................. 27
1.4. Выводы по первой главе ............................................................................ 34
ГЛАВА 2. Разработка технических решений системы теплоснабжения на базе
теплового насоса ................................................................................................... 35
2.1 Анализ многофункционального центра хранения ................................... 35
2.2 Тепловой расчет системы отопления ........................................................ 41
2.3 Оценка удельного съема тепла .................................................................. 47
2.4 Выводы по второй главе ............................................................................. 55
ГЛАВА 3. Реализация системы управления теплоснабжением на базе
теплового насоса многофункционального центра хранения и логистики ООО
«Ордер» .................................................................................................................. 58
3.1 Выбор теплового насоса и вспомогательных систем .............................. 58
3.2 Разработка принципиальной схемы системы ........................................... 63
3.3 Разработка системы управления ................................................................ 68
3.4 Выводы по третьей главе............................................................................ 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 75
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................................. 78
7
Приложение А ....................................................................................................... 82
8
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время отопление и охлаждение потребляют до 30% всей
вырабатываемой энергии. Потребление энергии, охрана окружающей среды
и загрязнение будут огромными проблемами для всех стран, поскольку
экономический рост требует развития энергетической инфраструктуры и
вызывает увеличение потребления энергии. Технологии использования
возобновляемых источников энергии единственный путь решения
энергетических проблем и путь к спасению экономики России.
Ориентируясь на потенциал геотермальной энергии, Россия может
получить огромные преимущества от этой чистой энергии. Сейчас изучаются
как мелкая, так и глубокая геотермальная энергия, и результаты показывают
эффективность этого решения.
С ростом интереса к энергосбережению и эффективному
использованию энергии во всем мире, потребность в разработке и
использовании новых и возобновляемых источников энергии быстро
возрастает, и соответствующие исследования активно проводятся по всему
миру. Среди новых и возобновляемых источников энергии, системы,
использующие геотермальные источники, привлекают значительное
внимание. Это связано с тем, что стабильная подача тепла и эффективная
эксплуатация в течение года возможны, только если геотермальная энергия
используется в качестве основного источника тепла.
Хотя геотермальная энергия демонстрирует превосходную
эффективность в качестве источника тепла для охлаждения и обогрева,
геотермальные тепловые насосные системы в основном устанавливаются в
общественных зданиях, причем это системы с низкой производительностью,
из-за высоких первоначальных инвестиционных затрат и сложности в
строительстве.
Актуальность темы исследования обусловлена возрастающем
интересом промышленных предприятий к геотермальным источникам
9
энергии. Такая система позволяет сократить потребление углеводородного
топлива за счет возобновляемого источника энергии.
Выбор темы исследования обусловлен желанием ООО «Ордер»
сократить потребление газа для отопления многофункционального центра
хранения и логистики.
Объектом исследования являются системы теплоснабжения на базе
теплового насоса.
Предметом исследования является система теплоснабжения на базе
теплового насоса многофункционального центра хранения и логистики ООО
«Ордер».
Теоретическая значимость исследования заключается в применении
современных методов и оборудования для извлечения геотермальной
энергии. Полученные решения продемонстрируют возможности
современных тепловых насосов.
Практическая значимость работы обусловлена возможностью
применения полученных решений для отопления сходных логистических
центров.
Целью работы является разработка проекта системы теплоснабжения
на базе теплового насоса многофункционального центра хранения и
логистики ООО «Ордер». Для достижения цели работы необходимо решить
ряд задач:
1. Провести анализ функций и назначения теплового насоса.
2. Провести анализ системы теплоснабжения многофункционального
центр хранения и логистики ООО «Ордер».
3. Провести расчет системы теплоснабжения.
4. Провести подбор теплового насоса и систем управления.
5. Рассмотреть реализацию и особенности монтажа теплового насоса.
10
ГЛАВА 1. Теоретические основы автоматизации систем
управления теплоснабжением
1.1 Автоматизация систем управления энергоснабжением
Автоматизированная система управления или АСУ — комплекс
аппаратных и программных средств, предназначенный для управления
различными процессами в рамках технологического процесса, производства,
предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности,
энергетике, транспорте и т.п.
С целью повышения эксплуатационной надежности, долговечности и
эффективности работы энергетического оборудования, для решения задач
диспетчерского, производственно-технологического и организационно-
экономического управления энергохозяйством предприятия могут
оснащаться автоматизированными системами управления
энергохозяйством (АСУЭ).
Указанные системы являются подсистемами
автоматизированной системы управления предприятием (АСУП) и должны
иметь необходимые средства передачи информации от диспетчерских
пунктов питающей энергосистемы в объеме, согласованном с последней.
Комплексы задач АСУЭ в каждом энергохозяйстве должны выбираться
исходя из производственной и экономической целесообразности, с учетом
рационального использования имеющихся типовых решений и возможностей
эксплуатируемых технических средств.
Автоматизированная система управления электрохозяйством (АСУ
СЭС) является составной частью АСУЭ и, как правило, имеет в своем
составе системы диспетчерского управления электроснабжением и ремонтом
электроустановок, распределением и сбытом электроэнергии, а также
системы управления производственно-экономическими процессами в
электрохозяйстве.
11
Для контроля и учета энергоресурсов (электроэнергии, тепла, воды) в
состав АСУЭ включается специальная подсистема АСКУЭ
(автоматизированная система контроля и учета энергоресурсов). Отдельно
следует выделить подсистему тепло- и водоснабжения предприятия в АСУЭ.
Автоматизированная система управления электрохозяйством
обеспечивает следующие функции:
отображение текущего состояния главной схемы электроснабжения в
виде мнемосхемы;
измерение, контроль, отображение и регистрация параметров;
обработка и вывод информации о состоянии главной схемы и
оборудования в текстовой (табличной) и графической форме;
дистанционное управление переключением выключателей главной
схемы с контролем действий дежурного;
обработка данных установившихся режимов для различных
эксплуатационных целей;
диагностика защит и автоматики с аварийной сигнализацией;
дистанционное изменение установок цифровых РЗА, управление их
вводом в работу;
регистрация и сигнализация возникновения феррорезонансных
режимов в сети;
проверка достоверности входной информации;
диагностика и контроль оборудования;
формирование базы данных, хранение и документирование
информации (ведение суточной ведомости, ведомости событий,
архивов);
технический (коммерческий) учет электроэнергии и контроль
энергопотребления;
контроль параметров качества электроэнергии;
автоматическое противоаварийное управление;
12
регистрация (осциллографирование) параметров аварийных и
переходных процессов и анализ осциллограмм;
контроль режима аккумуляторной батареи и изоляции ее цепей;
диагностика состояния аппаратуры и программного обеспечения АСУ
СЭС;
передача информации о состоянии системы электроснабжения в
технологическую АСУ по ее каналу связи на ЦДП и в другие службы
предприятия.
Основные отличия АСУ СЭС от технологических АСУ заключается в:
высоком быстродействии на всех уровнях процесса управления,
адекватной скорости процессов, протекающих в электрических сетях;
высокой защищенности от электромагнитных влияний;
структуре программного обеспечения.
Поэтому, как правило, АСУ СЭС при проектировании выделяется в
отдельную подсистему, связанную с остальными АСУ через мост. Хотя в
настоящее время имеются принципы и возможности построения глубоко
интегрированных систем.
Режим работы технологического оборудования определяет режим
работы энергетического оборудования. Поэтому подсистема АСУЭ в целом
полностью зависит от технологических процессов. Подсистема АСУЭ как и
АСУ ТП фактически определяют возможность построения информационно
управляющих систем производством.
Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии
обеспечивает общеизвестные преимущества организации учета при помощи
автоматизированных систем контроля, учета и управления
электропотреблением. Такие системы долгие годы применяются как за
рубежом, так и в России на средних и крупных промышленных
предприятиях. Кроме функций учета, они обычно также осуществляют
контроль и управление электропотреблением на этих предприятиях.
13
Основной экономический эффект для потребителя от применения этих
систем состоит в уменьшении платежей за используемую энергию и
мощность, а для энергокомпаний в снижении пиков потребления и
уменьшении капиталовложений на наращивание пиковых генерирующих
мощностей.
Основные цели АСКУЭ:
применение современных методов учета расхода электроэнергии;
экономия средств из-за снижения платежей за потребляемую
электроэнергию;
оптимизация режимов распределения электроэнергии и мощности;
переход на многотарифный учет электроэнергии; - оперативный
контроль полной, активной, реактивной мощностей и др.;
контроль качества электроэнергии. АСКУЭ обеспечивает решение
следующих задач:
сбор данных на объекте для использования при коммерческом учете;
сбор информации на верхнем уровне управления и формирование на
этой основе данных для проведения коммерческих расчетов между
субъектами рынка (в том числе и по сложным тарифам);
формирование баланса потребления по подразделениям и предприятию
в целом и по АО-энергозонам;
оперативный контроль и анализ режимов потребления электроэнергии
и мощности основными потребителями;
контроль достоверности показаний приборов учета электроэнергии и
мощности;
формирование статистической отчетности;
оптимальное управление нагрузкой потребителей;
проведение финансово-банковских операций и расчетов между
потребителями и продавцами.
14
АСУ ТП электростанций - это интегрированная автоматизированная
система, состоящая из двух основных подсистем: АСУ электрической части и
АСУ тепломеханической части, к которым предъявляются совершенно
разные требования.
Основные задачи интегрированной АСУ ТП электростанции
заключаются в обеспечении:
устойчивой работы электростанции в нормальных, аварийных и
послеаварийных режимах;
оперативности управления;
возможности включения АСУ ТП электростанции в АСУ
диспетчерского управления высшего уровня.
АСУ теплоснабжения или АСУ тепло - это интегрированная,
многокомпонентная, организационно-технологическая автоматизированная
система управления тепловым хозяйством.
АСУ теплоснабжения позволяет:
повысить качество теплоснабжения;
оптимизировать работу теплового хозяйства путем осуществления
заданных технологических режимов;
снизить потери тепла благодаря раннему обнаружению аварийных
ситуаций, локализации и устранению аварий;
обеспечить связь с верхними уровнями управления, что существенно
повышает качество управленческих решений, принимаемых на этих
уровнях.
15
1.2 Принцип работы теплового насоса. Функции и назначение
тепловых насосов
Принцип работы теплового насоса
Инженеры по всему миру сталкиваются с проблемами, чтобы
справиться с растущими потребностями в энергии людей. Некоторые
утверждают, что экономия энергии является более важной задачей, чем
поиск новых форм энергии и альтернативных источников. [12]
Обнаружено, что температура на определенной глубине в грунте
остается неизменной в течение всего года [12]. Это может быть эффективным
источником для охлаждения и обогрева помещений. Для использования
тепловой энергии в грунт может быть встроен теплообменник, состоящий из
трубок, зарытых в землю. Если в этом трубчатом теплообменнике
циркулируют воздух или вода, в зимний период будет извлекаться тепло из
земли для обогрева помещений, а в летнее время, энергия из горячих
помещений будет извлечена и сброшена в землю, что обеспечит охлаждение.
Тепловой насос может быть подключен к подземному теплообменнику
для повышения его эффективности и использования максимальной
геотермальной энергии. [12]
Чтобы эффективно использовать тепловую мощность грунта,
необходимо построить систему теплообменников. Обычно это массив труб,
идущих по длине здания, близлежащего поля или вертикально уходящих в
землю. Циркулирующая среда, вода или воздух, используется летом для
извлечения тепла из горячей среды здания и сбрасывания его в землю и
наоборот зимой. [7]
Тепловой насос также может быть подключен к теплообменнику для
повышения его эффективности. В литературе есть несколько расчетных
моделей для наземных теплообменников. Основными входными данными
являются геометрические характеристики системы, тепловые характеристики