Геліотеплонасосні системи теплопостачання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геліотеплонасосні системи теплопостачання

Геліотеплонасосні системи теплопостачання (ГТНСТ) поєднують елементи геліосистем і теплонасосних установок (рис. 1.6). Вони підрозділяються на активні й пасивні. У структуру активної геліосистеми входять:

* колектор сонячної енергії (СК), призначений для нагрівання рідкого або газоподібного теплоносія за рахунок теплоти поглиненого сонячного випромінювання;

* акумулятор теплоти, у якому накопичується енергія для використання в періоди відсутності або недостатньої кількості сонячної радіації;

* додаткове (резервне) джерело енергії (ДДЕ);

* насос або вентилятор для подачі теплоносія;

* трубопроводи для сполучення й теплообмінні пристрої для передачі теплоти у двох-- і багатоконтурних системах;

* пристрої для керування режимами роботи системи.

Рис. 1.6. Принципова схема геліотеплонасосної системи теплопостачання: 1 - колектор сонячної енергії; 2 - акумулятор теплоти; 3 - тепловий насос; 4 - додаткове (резервне) джерело теплоти; 5 - споживачі теплоти

У пасивній системі сонячна енергія вловлюється й накопичується в конструкціях, що обгороджують, самого будинку або в прибудованій до нього теплиці, а рух теплоносія здійснюється шляхом природної конвекції.

Обов'язковою умовою ефективного використання сонячної енергії є раціональне проектування самого будинку з метою зниження потреби в теплоті. Звичайно активні системи доповнюються елементами пасивного використання сонячної енергії.

Теплонасосні установки використають низькопотенційну теплоту навколишнього середовища й ВЕР для теплопостачання. Об'єднання сонячних і теплонасосних установок у єдину систему представляє певні техніко-економічні переваги.

Існують дві основні схеми ГТНСТ: послідовна й паралельна (рис. 1.7). Розглянемо докладніше послідовну схему (рис. 1.7 а). її основними особливостями є:

* підведення теплоти від СК при температурі 3...40 °С, що створює потенціал високого коефіцієнта перетворення теплового насоса (порядку 3...7) при роботі в парокомпресіонному циклі, до того ж у зазначеному діапазоні температур СК має високий ККД;

* наявність спеціального теплового насоса;

* висока ефективність ГТНСТ, що забезпечує значну частку сонячної енергії в покритті теплового навантаження, причому в умовах холодного клімату потрібні більші площі поверхні СК;

* використання додаткового електричного джерела енергії, для якого коефіцієнт перетворення дорівнює 1, що сильно знижує величину сезонного коефіцієнта перетворення системи.

Рис. 1.7. Принципові схеми геліотеплонасосних систем з послідовним (а) і і ги- і паралельним (б) приєднанням теплового насоса акумулятор теплоти; 3 - тепловий насос; 4 - споживачі теплоти 5 - ДДЕ -байпас; дСК - теплопродуктивність СК; & - теплопродуктивність теплового насоса (теплозмішання з конденсатора); Јд - кількість теплоти, що підводиться від ДДЕ; С?0 с - кількість теплоти, одержувано, випарником з навколишнього середовища

Для підвищення ефективності системи, поліпшення економічних показників і підвищення ролі джерела енергопостачання варто глибоко аналізувати методи забезпечення додатковою енергією (головним чином тепловими насосами з коефіцієнтом перетворення не нижче 2). Зокрема, можуть використовуватись два джерела теплоти для теплового насоса -зовнішнє повітря для другого випарника теплового насоса (однак при цьому потрібно більше ретельне регулювання й керування системою). Крім того, можуть також використатися теплові насоси, що витягають низькопотенційне тепло із землі або накопичену в ґрунті сонячну енергію.

Основними областями застосування ГТНСТ з послідовною схемою є опалення/охолодження одне- і багатоквартирних житлових будинків, невеликих суспільних і виробничих будинків; гаряче водопостачання й виробництво технологічної теплоти з температурою до 100°С.

Особливості паралельних схем (рис. 1.7 б) ГТНСТ наступні:

* використаються звичайні теплові насоси типу "повітря-повітря" і додаткове пряме опалення від СК;

* сезонний коефіцієнт перетворення теплового насоса підвищується при підігріві рециркуляційного зворотного повітря, яке підводиться до теплового насоса, у діапазоні температур від значень, що перевищують температуру внутрішнього повітря, до значень, не сягаючих тієї температури, що потрібно для прямого опалення від СК.

Ця схема має ряд недоліків, тому застосовуються й інші схеми, зокрема, комбіновані системи, що складаються із СК, теплового насоса й сонячних електричних батарей. Ці системи перетворюють сонячну енергію в електричну й теплову. У порівнянні з роздільними системами вони компактніше й дешевше. Поряд з послідовною й паралельною схемами застосовується також схема із двома джерелами теплоти - зовнішнім повітрям і сонячною енергією, тобто комбінація перших двох схем.

На рис. 1.8 показано, яку частку теплового навантаження покриває сонячна енергія в системах з послідовною й паралельною схемами.

геліотеплонасосний теплопостачання сонячний енергія

Рис. 1.8. Кількість енергії Е, нормалізована стосовно теплового навантаження що поступає від сонячної й теплонасосної складових геліотеплонасосної системи теплопостачання при послідовній(а) і паралельної (б) схемах, залежно від площі поверхні СК: 1 - теплове навантаження; 2 - частка теплового навантаження, що покриває автономний тепловий насос; 3 - сумарна частка теплового навантаження, що покривається сонячною енергією; 4 - частка теплового навантаження, що покриває тепловий насос з геліосистеми; 5 - частка теплового навантаження, що покривається тепловим насосом за рахунок енергії навколишнього середовища; 6 -- частка теплового навантаження, що покривається СК й тепловим насосом

Важливою характеристикою ГТНСТ є частка сонячної енергії в покритті теплового навантаження або ступінь заміщення палива, рівна відношенню кількості теплоти, що надходить від СК до споживачів, до величини навантаження теплопостачання за розглянутий період (місяць, сезон, рік). Основною характеристикою ефективності теплового насоса є коефіцієнт перетворення, тобто відношення корисної кількості теплоти, що віддає конденсатор теплового насоса, до роботи, витраченої на стиск робочого тіла в компресорі. Для комбінованих систем можна використати обидва показники ефективності, а ступінь заміщення можна поширити як на сонячну енергію, так і на енергію навколишнього середовища, що витягає випарник теплового насоса.

З порівняння схем включення теплового насоса витікає:

* найбільший ступінь заміщення палива сонячною енергією забезпечує ГТНСТ із послідовною схемою включення теплового насоса;

* найменше значення відносної частки енергії від додаткового джерела (ДДЕ) дає ГТНСТ із паралельною схемою, однак при цьому витрата електроенергії вище в порівнянні з послідовною схемою;

* схема ГТНСТ із двома випарниками (один одержує енергію з навколишнього середовища, а другий - з акумулятора геліоконтура) має приблизно ті ж характеристики, що ГТНСТ із послідовною схемою.

По загальній величині ступеня заміщення палива сонячною енергією й енергією навколишнього середовища ГТНСТ із паралельною схемою й система із двома випарниками приблизно еквівалентні, але схема ГТНСТ із двома випарниками менш технологічна. При невеликих значеннях площі поверхні СК ГТНСТ із послідовною схемою по ступені заміщення палива близька до геліосистеми без теплового насоса, а система з паралельною схемою - до теплонасосної установки.

Размещено на Allbest.ru