|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ТЕПЛО ЗЕМЛИСтр 1 из 7Следующая ⇒
НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ТЕПЛО ЗЕМЛИ Введение Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов представляет сегодня собой одну из глобальных мировых проблем, успешное решение которой, по-видимому, будет иметь определяющее значение не только для дальнейшего развития мирового сообщества, но и для сохранения среды его обитания. Одним из перспективных путей решения этой проблемы является применение новых энергосберегающих технологий, использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ). Истощение запасов традиционного ископаемого топлива и экологические последствия его сжигания обусловили в последние десятилетия значительное повышение интереса к этим технологиям практически во всех развитых странах мира. Преимущества технологий теплоснабжения, использующих нетрадиционные источники энергии, по сравнению с их традиционными аналогами связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но и с их экологической чистотой, а также с новыми возможностями в области повышения степени автономности систем жизнеобеспечения. По всей видимости, в недалеком будущем именно эти качества будут иметь определяющее значение в формировании конкурентной ситуации на рынке теплогенерирующего.оборудования. В отличие от «прямого» использования высокопотенциального тепла (гидротермальные ресурсы), использование низкопотенциального тепла земли посредством тепловых насосов возможно практически повсеместно. В настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии. В России за последние десять лет по технологии и при участии ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ», специализирующегося в этой области, построены лишь единичные объекты, наиболее интересные из которых представлены в [2, 6]. История технологии. Концепция тепловых насосов была разработана ещё в 1852 году выдающимся британским физиком и инженером Уильямом Томсоном (Лордом Кельвином) и в дальнейшем усовершенствована и детализирована австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером Петера Риттера фон Риттингера считают изобретателем теплового насоса, ведь именно он спроектировал и установил первый известный тепловой насос в 1855 году. Но практическое применение тепловой насос приобрел значительно позже, а точнее в 40-х годах ХХ столетия, когда изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер экспериментировал с морозильной камерой. Однажды Вебер случайно прикоснулся к горячей трубе на выходе камеры и понял, что тепло просто выбрасывается наружу. Изобретатель задумался над тем, как использовать это тепло, и решил поместить трубу в бойлер для нагрева воды. В результате Вебер обеспечил свою семью таким количеством горячей воды, которое они физически не могли использовать, при этом часть тепла от нагретой воды попадала в воздух. Это подтолкнуло его к мысли, что от одного источника тепла можно нагревать и воду, и воздух одновременно, поэтому Вебер усовершенствовал свое изобретение и начал прогонять горячую воду по спирали (через змеевик) и с помощью небольшого вентилятора распространять тепло по дому с целью его отопления. Со временем именно у Вебера появилась идея «выкачивать» тепло из земли, где температура не слишком изменялась в течение года. Он поместил в грунт медные трубы, по которым циркулировал фреон, который «собирал» тепло земли. Газ конденсировался, отдавал свое тепло в доме, и снова проходил через змеевик, чтобы подобрать следующую порцию тепла. Воздух приводился в движение с помощью вентилятора и распространялся по дому. В следующем году Вебер продал свою старую угольную печь. Виды систем использования низкопотенциальной Тепловой энергии земли. Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления тепла (или холода) в грунтовом массиве. В общем случае можно выделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии земли: - открытые системы: в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам; - замкнутые системы: теплообменники расположены в грунтовом массиве; при циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса (или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение). Основная часть открытых систем – скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины. Схема такой системы приведена на рис. 3.
Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах. Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы: - достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды; - хороший химический состав грунтовых вод (например, низкое железосодержание), позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отложений на стенках труб и коррозией. Открытые системы чаще используются для тепло- или холодоснабжения крупных зданий. Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды. Эта система расположена в США в г. Луисвилль (Louisville), штат Кентукки. Система используется для тепло- и холодоснабжения гостинично-офисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт. Иногда к системам, использующим тепло земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод.
Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальный грунтовой теплообменник (в англоязычной литературе используются также термины «ground heat collector» и «horizontal loop») устраивается, как правило, рядом с домом на небольшой глубине (но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время). Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки. В странах Западной и Центральной Европы горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно (рис. 4а, 4б). Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально (рис. 4д, 4е). Такая форма теплообменников распространена в США. Если система с горизонтальными теплообменниками используется только для получения тепла, ее нормальное функционирование возможно только при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации. По этой причине поверхность выше теплообменников должна быть подвержена воздействию солнечных лучей. Вертикальные грунтовые теплообменники (в англоязычной литературе принято обозначение «BHE» – «borehole heat exchanger») позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже «нейтральной зоны» (10–20 м от уровня земли). Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Вертикальные грунтовые теплообменники эффективно работают практически во всех видах геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопроводностью, например, сухого песка или сухого гравия. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками получили очень широкое распространение. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником приведена на рис. 5.
Теплоноситель циркулирует по трубам (чаще всего полиэтиленовым или полипропиленовым), уложенным в вертикальных скважинах глубиной от 50 до 200 м. Обычно используется два типа вертикальных грунтовых теплообменников (рис. 6): - U-образный теплообменник, представляющий собой две параллельные трубы, соединенные в нижней части. В одной скважине располагаются одна или две (реже три) пары таких труб. Преимуществом такой схемы является относительно низкая стоимость изготовления. Двойные U-образные теплообменники – наиболее широко используемый в Европе тип вертикальных грунтовых теплообменников. - Коаксиальный (концентрический) теплообменник. Простейший коаксиальный теплообменник представляет собой две трубы различного диаметра. Труба меньшего диаметра располагается внутри другой трубы. Коаксиальные теплообменники могут быть и более сложных конфигураций. Для увеличения эффективности теплообменников пространство между стенками скважины и трубами заполняется специальными теплопроводящими материалами. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками могут использоваться для тепло- и холодоснабжения зданий различных размеров. Для небольшого здания достаточно одного теплообменника; для больших зданий может потребоваться устройство целой группы скважин с вертикальными теплообменниками. Самое большое в мире число скважин используется в системе тепло- и холодоснабжения «Richard Stockton College» в США в штате Нью-Джерси. Вертикальные грунтовые теплообменники этого колледжа располагаются в 400 скважинах глубиной 130 м. В Европе наибольшее число скважин (154 скважины глубиной 70 м) используются в системе тепло- и холодоснабжения центрального офиса Германской службы управления воздушным движением («Deutsche Flug-sicherung»). Частным случаем вертикальных замкнутых систем является использование в качестве грунтовых теплообменников строительных конструкций, например фундаментных свай с замоноличенными трубопроводами. Сечение такой сваи с тремя контурами грунтового теплообменника приведено на рис. 7.
Грунтовой массив (в случае вертикальных грунтовых теплообменников) и строительные конструкции с грунтовыми теплообменниками могут использоваться не только как источник, но и как естественный аккумулятор тепловой энергии или «холода», например тепла солнечной радиации. Существуют системы использования низкопотенциального тепла земли, которые нельзя однозначно отнести к открытым или замкнутым. Например, одна и та же глубокая (глубиной от 100 до 450 м) скважина, заполненная водой, может быть как эксплуатационной, так и нагнетательной. Диаметр скважины обычно составляет 15 см. В нижнюю часть скважины помещается насос, посредством которого вода из скважины подается к испарителям теплового насоса. Обратная вода возвращается в верхнюю часть водяного столба в ту же скважину. Происходит постоянная подпитка скважины грунтовыми водами, и открытая система работает подобно замкнутой. Системы такого типа в англоязычной литературе носят название «standing column well system» (рис. 8). Обычно скважины такого типа используются и для снабжения здания питьевой водой. Однако такая система может работать эффективно только в почвах, которые обеспечивают постоянную подпитку скважины водой, что предотвращает ее замерзание. Если водоносный горизонт залегает слишком глубоко, для нормального функционирования системы потребуется мощный насос, требующий повышенных затрат энергии. Большая глубина скважины обуславливает достаточно высокую стоимость подобных систем, поэтому они не используются для тепло- и холодоснабжения небольших зданий. Сейчас в мире функционирует несколько таких систем (в США и Европе).
Рисунок 9. Схемы распределения температур в грунтовом массиве вокруг вертикального грунтового теплообменника в начале и в конце первого отопительного сезона [5]
Ограничения технологии. Применение системы ГТН затрудняют относительно высокие первоначальные расходы на систему ГТН - одни из основных барьеров для ее инсталляции. Системы ГТН не относятся к дешевому оборудованию. Начальные затраты на установку этих систем несколько выше стоимости обычных систем отопления и кондиционирования. Цена системы геотермального теплового насоса рассчитывается из условия 300..400 USD за 1кВт тепловой мощности. Стоимость установки подземного теплообменника достаточна высока (особенно с вертикальной петлей, где требуется бурение) и, составляет примерно половину общей стоимости системы ГТН. Однако, если рассматривать эксплуатационные расходы, то первоначальные вложения в геотермальный обогрев, охлаждение и горячее водоснабжение быстро окупаются за счет энергосбережения. Кроме того, необходимо учитывать, что при работе ГТН не требуется никаких дополнительных коммуникаций, кроме бытовой электрической сети.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ Система имеет стандартное гарантийное обслуживание от 1 до 5 лет. Устройства ГТН автономны, и требования по техническому обслуживанию ясны и не требуется новых навыков ТО. Т.к. ГТН обычно не имеет наружных элементов, подвергающиеся различным атмосферным и иным воздействиям (исключения системы с открытой петлей), то ГТН действительно требуют меньшего ТО, чем обычные воздушные кондиционеры. Стандартное ТО для водо-воздушных ТН - это замена воздушного фильтра, выполняемая по мере надобности. Не требует особых навыков и сложных манипуляций. В системах с закрытой петлей, подземная петля фактически не требует ТО. Циркуляционный насос требует стандартного ТО, как с любым насосом или системой с мотором, и петля с водой (закрытой системы) должна по режиму проверяться на температуру, давление, течение и концентрацию антифриза. Если нет течей, не требуется никаких дополнительных действий. В системах открытой петли, требуемое ТО колодца идентично любому другому водному колодцу. Система должна контролироваться по графику на температуру, давление и течение. Т.к. ТН снабжается подземной водой, теплообменники должны обследоваться на возможные засорения и образования окалины. Главным образом широко известно, что требования к общему ТО, более низкие по сравнению с альтернативными технологиями. Пиковый электроподогрев. Практически во всех моделях тепловых насосов дополнительно установлен электронагреватель. Зачем? Дело в том, что при выборе отопительной установки номинальная мощность рассчитывается исходя из максимальной потребности тепла, т.е. для покрытия тепловой нагрузки в самый холодный зимний день. Для Санкт-Петербурга, например, минимальная расчетная температура минус 26 градусов Цельсия. Однако, исходя из многолетних наблюдений, длительность такой температуры всего лишь несколько дней в году, а это значит, что при расчете на максимальную мощность значительная часть потенциала теплового насоса будет использоваться очень редко. Для выбора соотношения мощностей теплового насоса / электронагревателя существует специальный интегральный график, кстати, обладающий свойством универсальности для всех регионов России.
Приложение 1 Термодинамически тепловой насос представляет собой обращённую холодильную машину и, по аналогии, содержит испаритель, конденсатор и контур, осуществляющий термодинамический цикл. Основные типы термодинамических циклов - абсорбционный и, наиболее распространённый, парокомпрессионный. Если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель - теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Термодинамический цикл теплового насоса в T-S диаграмме представлен на рисунке 10.
Приложение 2 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СИСТЕМЫ СБОРА НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА ГРУНТА (ССНТГ) 1.1. ССНТГ должна быть оборудована циркуляционными насосами и механическими проточными фильтрами, рассчитанными на максимальный суммарный расход теплоносителя. Подающий и обратный трубопроводы ССНТГ снабжаются задвижками. 1.2. Для компенсации температурного расширения теплоносителя, а также для подпитки системы в процессе эксплуатации ССНТГ должна быть оснащена расширительной емкостью, снабженной, в зависимости от ее расположения, подпиточным насосом соответствующей мощности. 1.3. В автоматической системе управления (АСУ) и контроля ТСТ должны быть предусмотрены подсистемы для измерения и контроля температур, расходов и давления теплоносителя ССНТГ, а также возможность защиты от аварийных ситуаций, например, внештатного понижения температуры теплоносителя или его утечки. 1.4. Термоскважины и трубопроводы ССНТГ должны быть защищены от коррозии методом катодной защиты или иным методом в соответствии со СНиП 2.04.07-86* «Тепловые сети». Станции катодной защиты разрабатываются в составе общего Проекта катодной защиты инженерных сетей объекта теплоснабжения. В местах разрыва электропроводящих участков трубопроводов (муфты, фланцы и т.п.) должны быть установлены шунтирующие кабели для системы катодной защиты. 1.5. Производство работ по устройству термоскважин (бурение, установка обсадных колонн, корпусов термоскважин и пр.) должны выполняться только в соответствии с конструкторской и проектной документацией. Приложение 3. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПОДЪЕМА ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТА ПРИ ОБРАЗОВАНИИ В ГРУНТОВОМ МАССИВЕ ОБЛАСТЕЙ МЕРЗЛОГО ГРУНТА Важной особенностью систем сбора низкопотенциального тепла грунта является формирование в окрестности регистра труб грунтового теплообменника зон с отрицательной температурой. При этом в грунтах, содержащих жидкую фазу, происходит изменение агрегатного состояния влаги, сопровождающееся изменением напряженного состояния замерзшего грунта и вызывающее увеличение его объема. При определенных условиях в зависимости от размеров зоны мерзлого грунта и глубины ее залегания может иметь место деформирование дневной поверхности над этой зоной. Ниже приводится методика оценки величины деформирования дневной поверхности применительно к теплонасосной системе теплоснабжения здания спортивно-оздоровительного комплекса Аквадром, расположенного по адресу: Москва, Аминьевское шоссе, вл. 15. Конструкция ССНТГ предполагает образование зоны мерзлого грунта, окружающей регистр труб грунтового теплообменника, расположенных на участке размером 30 ´ 30 м с шагом 4 м. Нижняя граница зоны залегает на глубине 60 м, верхняя - на глубине 30-40 м. Изменения во времени размеров этой зоны зависят только от эксплуатационных нагрузок на систему теплосбора, поскольку сезонные изменения параметров наружного климата на глубинах более 10 м не влияют на среднегодовую температуру грунта. (При открытой Дневной поверхности амплитуда сезонных колебаний температуры грунта на глубине 7 м составляет менее 5 % от ее значений на поверхности и отстает по фазе на полгода). Всюду в дальнейшем предполагается, что размеры зоны мерзлого грунта не зависят от времени и соответствуют постоянному среднегодовому потоку отбора тепла от грунтового массива. При заданном значении теплового потока и известных коэффициентах теплопроводности талого и мерзлого грунта на основании балансов тепловых потоков в предположении, что температура теплоносителя равна –10 °С (с двукратным запасом), а естественная температура грунта равна +10 °C. Зону мерзлого грунта приближенно можно аппроксимировать в форме шара радиусом Ro = 15 м, центр которого расположен на глубине Н = 45 м, что примерно соответствует образованию вокруг термоскважин цилиндрических линз замороженного грунта радиусом 1, 0 м.
Приложение 4 Приложение 5. Приложение 6 Пример расчета. Теплового Насоса. Исходные условия: теплопотребность коттеджа площадью 120–240 м2 (из расчета тепловых потерь с учетом инфильтрации) – 13 кВт; температура воды в системе отопления принимаем равной 35 °С (подполовой обогрев); минимальная температура теплоносителя на выход в испаритель – 0 °С. Для обогрева здания выбран тепловой насос мощностью 14, 5 кВт из существующего технического ряда оборудования, с учетом потерь на вязкости медиума, при отборе и передаче тепловой энергии из грунта, составляет 3, 22 кВт. Теплосъем с поверхностного слоя грунта (сухая глина), q равняется 20 Вт/м.п. В соответствии с формулами рассчитываем: 1) требуемая тепловая мощность коллектора Qo = 14, 5 – 3, 22 = 11, 28 кВт; 2) суммарную длину труб L = Qo/q = 11, 28/0, 020 = 564 м.п. Для организации такого коллектора потребуется 6 контуров длиной по 100 м; 3) при шаге укладки 0, 75 м необходимая площадь участка А = 600 х 0, 75 = 450 м2; 4) общая заправка этиленгликолевого раствора Vs = 11, 28·3600/ (1, 05·3, 7·3) = 3, 51 м3, в один контур равен 0, 58 м3. Для устройства коллектора выбираем пластиковую трубу типоразмера 32х3. Потери давления в ней составят 45 Па/м.п.; сопротивление одного контура – примерно 7 кПа; скорость протока теплоносителя – 0, 3 м/с. Расчет зонда При использовании вертикальных скважин глубиной от 20 до 100 м в них погружаются U-образные пластиковые (при диаметрах от 32 мм) трубы. Как правило, в одну скважину вставляется две петли, с заливкой суспенсным раствором. В среднем удельный теплосъем такого зонда можно принять равным 50 Вт/м.п. Можно также ориентироваться на следующие данные по теплосъему: - сухие осадочные породы – 20 Вт/м; Температура грунта на глубине более 15 м постоянна и составляет примерно +9 °С. Расстояние между скважинами должно быть более 5 м. При наличии подземных течений, скважины должны располагаться на линии, перпендикулярной потоку. Подбор диаметров труб проводится исходя из потерь давления для требуемого расхода теплоносителя. Расчет расхода жидкости может проводиться для t = 5 °С. Пример расчета. Исходные данные – те же, что и в приведенном выше расчете горизонтального коллектора. При удельном теплосъеме зонда 50 Вт/м и требуемой мощности 11, 28 кВт длина зонда L должна составить 225 м. Для устройства коллектора необходимо пробурить три скважины глубиной по 75 м. В каждой из них размещаем по две петли трубы типоразмера 32х3; всего – 6 контуров по 150 м. Общий расход теплоносителя при.t = 5 °С составит 2, 1 м3/ч; расход через один контур – 0, 35 м3/ч. Контуры будут иметь следующие гидравлические характеристики: потери давления в трубе – 96 Па/м (теплоноситель – 25-процентный раствора этиленгликоля); сопротивление контура – 14, 4 кПа; скорость потока – 0, 3 м/с. Выбор оборудования Поскольку температура антифриза может изменяться (от –5 до +20 °С) в первичном контуре теплонасосной установки необходим гидравлический расширительный бак. Рекомендуется также установить на отопительной (конденсаторной) линии теплового насоса накопительный бак: компрессор теплового насоса работает в режиме «включено-выключено». Слишком частые пуски могут привести к ускоренному износу его деталей. Бак полезен и как аккумулятор энергии – на случай отключения электроэнергии. Его минимальный объем принимается из расчета 20-30 л на 1 кВт мощности теплового насоса. При использовании биваленции, второго источника энергии (электрического, газового, жидко- или твердотопливного котла), он подключается к схеме через аккумуляторный бак, являющимся еще и термогидрораспределителем, включение котла управляется тепловым насосом или верхним уровнем системой автоматики. В случае возможных отключений электроэнергии можно увеличить мощность устанавливаемого теплового насоса на коэффициент, рассчитываемый по формуле: f = 24/(24 – t откл), где t откл – продолжительность перерыва в электроснабжении. В случае возможного отключения электроэнергии на 4 ч этот коэффициент будет равен 1, 2. Мощность теплового насоса можно подбирать исходя из моновалентного или бивалентного режима его работы. В первом случае предполагается, что тепловой насос используется как единственный генератор тепловой энергии. Следует принимать во внимание: даже в нашей стране продолжительность периодов с низкой температурой воздуха составляет небольшую часть отопительного сезона. Например, для Центрального региона России время, когда температура опускается ниже –10 °С, составляет всего 900 ч (38 сут), в то время, как продолжительность самого сезона – 5112 ч, а средняя температура января составляет примерно –10 °С. Поэтому наиболее целесообразным является работа теплового насоса в бивалентном режиме, предусматривающая включение дополнительного источника в периоды, когда температура воздуха опускается ниже определенной: –5 °С – в южных регионах России, –10 °С – в центральных. Это позволяет снизить стоимость теплового насоса и, особенно, работ по монтажу первичного контура (прокладка траншей, бурение скважин и т.п.), которая сильно увеличивается при возрастании мощности установки. В условиях Центрального региона России для примерной оценки при подборе теплового насоса, работающего в бивалентном режиме, можно ориентироваться на соотношение 70/30: 70 % потребности в тепле покрывают тепловым насосом, а оставшиеся 30 – электрическим или другим источником тепловой энергии. В южных регионах можно руководствоваться соотношением мощности теплового насоса и дополнительного источника тепла, часто используемым в Западной Европе: 50 на 50. Для коттеджа площадью 200 м2 на 4 человек при тепловых потерях 70 Вт/м2 (при расчете на –28 °С наружной температуры воздуха) потребность в тепле будет 14 кВт. К этой величине следует добавить 700 Вт на приготовление санитарной горячей воды. В результате необходимая мощность теплового насоса составит 14, 7 кВт. При возможности временного отключения электричества нужно увеличить это число на соответствующий коэффициент. Допустим, время ежедневного отключения – 4 ч, тогда мощность теплового насоса должна быть 17, 6 кВт (повышающий коэффициент – 1, 2). В случае моновалентного режима можно выбрать тепловой насос типа «грунт–вода» мощностью 17, 1 кВт, потребляющий 6, 0 кВт электроэнергии. Для бивалентной системы с дополнительным электрическим нагревателем и температурой подачи холодной воды 10 °С для необходимости получения горячей воды и коэффициента запаса, мощность теплового насоса должна быть 11, 4 Вт, а электрического котла – 6, 2 кВт (в сумме – 17, 6). Потребляемая системой пиковая электрическая мощность составит 9, 7 кВт. Примерная стоимость потребляемого за сезон электричества, при работе теплового насоса в моновалентном режиме составит 500 руб., а в бивалентном при температуре ниже (-10°С) – 12 500. Стоимость энергоносителя при использовании только соответствующего котла составит: электричества – 42 000, дизельного топлива – 25 000, а газа – около 8000 руб. (при наличии подведенной трубы и существующих в России низких ценах на газ). В настоящее время для наших условий по экономичности работы, тепловой насос может быть сравним только с газовым котлом новых серий, а по эксплуатационным затратам, долговечности, безопасности (не требуется помещение котельной) и экологической чистоте превосходит все другие виды производства тепловой энергии. Отметим, что при установке тепловых насосов в первую очередь следует позаботиться об утеплении здания и установке стеклопакетов с низкой теплопроводностью, что снизить тепловые потери здания, а значит и стоимость работ и оборудования.
Приложение 7
Вывод Из всего этого вывод последует таков: Тепловые насосы переносят, а не вырабатывают энергию. Этим и обусловлена их существенные преимущества по сравнению с традиционными источниками тепла. Тепловые насосы представляют собой устройство для перевода низкотемпературной энергии в высокотемпературную энергию и обратно. Передача тепла производится рабочим телом-хладагентом (фреоном) также, как в обычном холодильнике. Электроэнергия, потребляемая тепловым насосом, тратится лишь на перемещение хладагента по системе с помощью компрессора. Тепловые насосы (ТН) работают, перемещая тепловую энергию, в отличие от печи в которой происходит преобразование химической энергии в процессе горения. Принцип работы теплового насоса основывается на термодинамическом цикле Карно. По такому же принципу работают холодильники и кондиционеры (воздушные тепловые насосы). Охлаждение и обогрев в тепловом насосе обеспечивается компрессионным циклом, т.е. непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация - при высоком давлении и температуре. В испарителе происходит отбор низкопотенциальной энергии у источника с относительно низкой температурой, а в конденсаторе - выделение концентрированной энергии в систему распределения тепла здания.
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет
Кафедра Теплогазоснабжения, вентиляции и гидравлики
Реферат по дисциплине «Нетрадиционные источники энергии» на тему «Низкопатенциальное тепло земли»
Выполнил: ст. гр. ТГВ-108 Прядехин С.В. Принял: Тарасенко В.И..
Владимир 2012 Оглавление:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-04-13; Просмотров: 1242; Нарушение авторского права страницы
Одно из перспективных направлений – использование в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии воды из шахт и туннелей. Температура этой воды постоянна в течение всего года. Вода из шахт и туннелей легко доступна.
