Научный журнал

Международный журнал экспериментального образования

ISSN 2618–7159

ИФ РИНЦ = 0,425

• Авторы
• Файлы
• Литература

Юлдашев З.Ш. 1 Немцев А.А. 1 Немцев И.А. 1

---

1 СПбГАУ

Статья в формате PDF

2467 KB

1. Карпов В.Н., Юлдашев З.Ш. Новаторство в высшем энергетическом образовании АПК и решение отраслевой энергетической проблемы // Успехи современного естествознания. – 2012. – № 12. – С. 133-134. 

2. Карпов В.Н., Юлдашев З.Ш., Юлдашев Р.З. Задачи и метод энергосбережения в потребительских установках АПК // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. – 2010. – № 4. – С. 144-149.

3. Карпов В.Н., Юлдашев З.Ш. Способ диагностики состояния энергетических элементов, контроля и управления энергетической эффективностью потребительских энергетических систем // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2011. – № 22. –

С. 314-320.

4. Карпов В.Н., Юлдашев З.Ш., Немцев А.А., Немцев И.А. Концепция оценки топливно-энергетической эффективности производства в АПК // Известия Международной академии аграрного образования. – 2014. – № 20. – С. 35-40.

5. Карпов В.Н. Юлдашев З.Ш. Эффективное энергообеспечение для устойчивого развития сельского хозяйства // Вестник федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина». – 2012. – №2(53). – С. 27-29.

6. Юлдашев З.Ш., Немцев А.А., Немцев И.А. К вопросу о актуальности повышения энергоэффективности АПК // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 6. – С. 117-118.

7. Юлдашев З.Ш., Немцев А.А., Немцев И.А. Методические основы повышения энергоэффективности АПК // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 7. – С. 144-145.

Нагрев жидкости является энерготехнологическим процессом, использующим энергию с целью повышения её температуры. Энерготехнологический процесс (ЭТП) – конечный элемент энергетической линии, который предназначен для реализации цели потребления энергии – получение необходимого свойства, параметра состояния технической среды как следствия энергетического воздействия на неё [1, 2]. Согласно принятой в рамках потребительской энергетической системы (ПЭС) классификации, процесс нагрева жидкости может быть отнесён к вспомогательным энерготехнологическим процессам (ЭТП2) [3].

Для анализа энергетической эффективности ЭТП в ПЭС была предложена универсальная энергетическая диаграмма. Общие положения построения подобных диаграмм описаны в [4], однако более подробно рассмотрим особенности построения диаграммы для ЭТП нагрева жидкости.

Общее число исходных для анализа параметров процесса три: фактическая потреблённая в ходе процесса электрическая энергия Qф, результат ∆Т (изменение температуры воды от начального Тн до заданного технологией значения Тк) и время протекания процесса tф. Данные параметры могут быть отображены в виде точек в плоской системе координат с четырьмя квадрантами. Основные построения диаграммы проводятся в квадрантах Ι-ΙΙΙ: в Ι и ΙΙΙ анализируются интенсивные показатели – потреблённая энергия Q(t) и скорость роста температуры и ∆Тꞌ(t); ΙΙ отражает основной показатель эффективности – относительная энергоёмкость Qэ; ΙV служит для отображения времени.

В первом квадранте показана связь между подводимой мощностью и энергией. В качестве временного промежутка 0..t(i) должен быть принят промежуток времени – от начала процесса до его окончания, соответствующий наносимому контуру. Среднее значение подводимой энергетической мощности Рср принято постоянной величиной для теоретического контура, равной номинальной мощности нагревателя. В этом случае:

. (1)

Фактическое количество энергии, потреблённое в ходе процесса, определяется по формуле:

. (2)

Отметим, что фактическое значение средней мощности для реального процесса может быть определено из отношения:

, (3)

Или из построения:

. (4)

Второй квадрант образован осями Q и ∆Т, конечные координаты величин Q и ∆Т за время t определены на осях соответствующими значениями, а линия, соединяющая начало координат с общей конечной координатой дает возможность отобразить параметр, связывающий результат осуществление процесса и его энергетические затраты.

Относительная энергоемкость результата, достигаемого в ЭТП за счёт потребления энергии определяется тангенсом угла γ:

. (5)

Относительная энергоёмкость результата для реального процесса может быть определена отношением:

. (6)

Третий квадрант образован осями времени t и требуемого технологического результата ∆Т. Зависимость ∆Т’ = ∆Т(t) определяет скорость роста температуры, ее значение численно равно тангенсу угла ß:

. (7)

Для анализа энергоэффективности процесса при помощи диаграммы, можно построить несколько контуров, которые будут отражать энергетические параметры одного ЭТП при разных условиях (температура окружающей среды, напряжение питающей сети и т.д.) и позволят оценить получившиеся из построения соотношения показателей. Анализ начинается с построения теоретического контура диаграммы по расчётным значениям параметров ЭТП (Qтеор, , tтеор). Построение фактического контура осуществляется апостериорно, по измеренным в ходе реального процесса значениям основных параметров (Qф, , tф).

Коллективном научной школы «Эффективное использование энергии» СПбГАУ (рук. д.т.н., проф. Карпов В.Н.) разработан новый подход к анализу эффективности действующих технических систем предприятий АПК [5,6], в рамках которого принято считать, что энергия в технологическом процессе нужна для совершения работы в веществе, приводящей к появлению нужного результата R, поэтому теоретическое минимальное значение требуемой энергии может быть обозначено как (применительно к единице результата):

. (8)

В рассматриваемом процессе нагрева жидкости расчётное количество энергии, гарантирующее получение заданного результата ∆Т определяется согласно выражению (8):

, (9)

Удельное количество энергии для рассматриваемого процесса может быть определено исходя из заданного объёма нагреваемой жидкости V, её плотности ρ и научно-обоснованного значения теплоёмкости с:

. (10)

Таким образом, полученное количество энергии является минимально необходимым и объективным для получения результата и при этом не зависит от технологии нагрева и энергетического оборудования, которое реализует процесс.

Например, для нагрева широко применяются трубчатые электрические нагреватели (ТЭН) различной номинальной мощности. При постоянной номинальной мощности нагревателя , энергетическая эффективность данного типа оборудования максимальна, поэтому минимальное время процесса нагрева может быть определено из соотношения:

(11)

Порядок нанесения точек на диаграмму. Масштаб диаграммы выбирается произвольно. По расчётным значениям первым наносится теоретический контур. Следует учитывать, что относительная энергоёмкость теоретического контура равна 1,0 (γт = 45°).

Ход реального технологического процесса графически описывается вторым контуром. Возникающее смещение основных точек относительно теоретического положения объясняется наличием потерь энергии вследствие несовершенства инжиниринга нагревателя. Согласно МКО [7] потери энергии в ЭТП нагрева жидкости:

. (12)

Величина tg(α’) отражает значение действующей мощности Pд, обеспечившей достижение технологического результата (повышение температуры воды). Отношение средней мощности к действующей, согласно МКО, позволяет определить относительную энергоёмкость процесса:

. (13)

Универсальная энергетическая диаграмма является удачным методическим приёмом, позволяющим в графическом виде отразить связи основных параметров любого технологического процесса с показателями его энергетической эффективности. Диаграмма обладает высоким аналитическим потенциалом и может быть использована для анализа отдельных процессов, а так же общей энергоэффективности в масштабах предприятия.

Показатели энергетической эффективности для процессов, характеризующихся интегральным результатом (нагрев жидкости), относительную энергоёмкость предлагается определять, как отношение фактической энергии к теоретической, а для процессов с дифференциальным результатом (обогрев помещения, освещение), как отношение средней мощности к действующей (). Значения показателей являются инвариантными и не зависят от способа определения.

Библиографическая ссылка