Джерела теплоти для теплових насосів
Особливості використання існуючої повсюдно енергії навколишнього простору за допомогою теплових насосів. Призначення установок для опалення приміщень. Теплові насоси й сполучення потоків енергії в будинках. Схеми варіантів сполучення теплових потоків.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 22.07.2017 |
| Размер файла | 406,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
9
Размещено на http://www.allbest.ru/
Джерела теплоти для теплових насосів
Застосування ТН вимагає не тільки витрат енергії на привід, але й додаткового джерела теплоти. Особливий інтерес представляють ті джерела теплоти, які не можуть використатися звичайними способами, тобто з температурою менш 45°С. До таких джерел відноситься енергія відходів низькопотенціальної промислової теплоти з температурою 20 - 40°С и вище, а також енергія навколишнього середовища.
Навколишнє середовище становить інтерес як джерело енергії тоді, коли його температурний рівень незначно відрізняється від температури споживача, що, наприклад, характерно для повітряного опалення приміщення. Тут залежно від пори року необхідні температури повітря в приміщенні й джерела енергії з навколишнього середовища звичайно відрізняються не більше ніж на 10.15 К, а у виняткових випадках до 35 К.
Джерелом енергії з навколишнього простору (енергоносієм) є ґрунт, ґрунтові й поверхневі води, повітря, рослини й будівлі. Температурне поле навколишнього середовища неоднорідно по місцю її часу як поза, так і усередині джерел енергії. Таке неоднорідне температурне поле виникає через диференційований розподіл сонячної радіації на поверхні Землі, що залежить не тільки від географічного положення, а також і віл розходжень атмосферних умов, особливо хмарності й атмосферних розрядів. Затіненність, викликана рослинами й будівлями, атмосферні плини й різні перешкоди поширенню теплоти збільшують неоднорідність температурного поля. Також нерівномірно надходить у навколишнє середовище відпрацьована теплота процесів перетворення енергії, що особливо помітно в промислових зонах, містах і електростанціях.
За допомогою теплових насосів можна використати існуючу повсюдно енергію навколишнього простору, насамперед з мстою опалення приміщень. Однак ефективність використання теплових насосів передбачає урахування доцільних умов експлуатації, пов'язаних із температурним полем джерела енергії.
При застосуванні ТН не прагнуть до безпосереднього використання енергії навколишнього простору, що є неефективним джерелом, а намагаються використати джерела з високим температурним рівнем, щоб досягти високого коефіцієнта перетворення завдяки невеликим температурним перепадам між джерелом тепла й теплонасосною установкою.
Енергія глобального простору створюється в основному потоками, до яких відносять сонячну радіацію й відпрацьовану теплоту. Температурний рівень цих двох потоків при вході в простір більше температури навколишнього середовища, тому рекомендується використати ці потоки для роботи теплових насосів перш ніж їхня температура зрівняється з температурою навколишнього середовища.
Оскільки потреба в теплоті за часом не завжди відповідає кількості тепла, наявного в навколишньому просторі, доцільно для зменшення невідповідності застосовувати низькотемпературні акумулятори. Використання їх дозволяє при відносно невеликих втратах теплоти створити високотемпературне теплове джерело, яке можна використати з високим коефіцієнтом перетворення в необхідний момент і забезпечити періодичний режим експлуатації під час пікових навантажень.
Теплові насоси для опалення приміщень
Призначення установок для опалення приміщень - забезпечити необхідну внутрішню температуру при будь-якій зовнішній температурі в опалювальний період (комфортна температура становить близько 20°С). Температура в приміщенні може незначно відрізнятися від температури навколишнього середовища, у цих умовах установки для опалення служать підходящим об'єктом для застосування ТН, що працюють на енергії навколишнього простору. Якщо врахувати, що близько 35 % всієї потрібної енергії приходиться на опалення приміщень і всі установки працюють по єдиному технологічному принципу, стають зрозумілими широкі можливості застосування теплових насосів у цій області.
Ідеальний коефіцієнт перетворення Карно для опалення при середній зовнішній температурі протягом опалювального періоду Т0 п= 277 К і температурі усередині приміщення Тй= 294 К встановлює
Існуючі опалювальні установки з тепловим насосом мають коефіцієнт перетворення рівним лише частці від цього значення, однак при заданій температурі джерела це значення тим більше, чим нижче початкова температура в подаючому трубопроводі опалювальної мережі.
Як теплоносій для традиційних нагрівальних приладів у житлових і суспільних будинках у більшості випадків використається гаряча вода з температурою 90°С, рідше з температурою 110°С. У цьому інтервалі температур на вході в систему опалення неможливо економічно застосовувати тепловий насос без додаткових заходів. Тепловий насос із температурою 60°С працює з коефіцієнтом перетворення, що перебуває поблизу граничних значень (і нижче), при яких зберігається економічна ефективність, тому ефект від застосування теплового насосу реалізується лише при температурі води в подаючою лінії менш 45°С, тобто в низькотемпературних системах опалення. Низькотемпературні опалювальні системи при відповідному розрахунку можуть експлуатуватися з усіма відомими типами радіаторів і повітроопалювальними приладами.
Досягнення температури 20°С у приміщенні із застосуванням опалювальних котлів супроводжується низькою ефективністю: первинні носії енергії спалюються в котлі при температурі 1100°С, теплова енергія із проміжним перетворенням при 90°С подається в нагрівальні прилади, у результаті ексергетичний ККД складає 3,5 %.
Таким чином, у звичайних системах опалення первинна енергія використається неефективно, тому що значна частина ексергії губиться через незворотність процесів.
У випадку застосування ТН необхідна за умовами комфортності температура приміщення створюється на принципово іншій основі.
Як джерело тепла використається навколишнє середовище й джерела з температурою близької до температури навколишнього середовища, причому реалізація їхньої енергії звичайними технічними засобами неможлива.
За допомогою приводної енергії ТН температура збільшується до експлуатаційного рівня (45°С) і забезпечуються в приміщенні 20°С. Витрата первинної енергії на тепловий насос може бути значно знижена при використанні для цих цілей електроенергії.
Ексергетична характеристика ТН поліпшується в порівнянні зі звичайними установками на 150 %, тому що більша частина теплової енергії витягається з навколишнього середовища. Із цього слідує - установки для опалення приміщень відповідають вимогам експлуатації теплових насосів.
Теплові насоси й сполучення потоків енергії в будинках
Для раціонального використання енергії необхідно розподіляти різноманітні потоки енергії у внутрішніх технічних пристроях шляхом застосування енергетичних сполучень, під якими розуміється передача енергії від одного енергоносія до іншого.
Енергетичне сполучення між повітряним і водяним потоками у внутрішніх технічних установках оцінюється коефіцієнтом передачі енергії
і температурним коефіцієнтом переносу
де И - ентальпія потоку; Т - температура потоку; індекси / - підведений; о - відведений; один штрих - на вході; два штрихи - на виході.
Залежно від температурного коефіцієнта розрізняють варіанти сполучення (рис.1.2):
енергетичний потік підключається у вигляді послідовного з'єднання ^ = 1. Таке підключення виникає, наприклад, при поверненні повітря, що видаляється, у рециркуляційний контур або при русі теплоносія в приміщенні з різним навантаженням;
енергетичний потік підключається за допомогою теплообмінного пристрою - Фт<1 Застосовуються теплообмінники, а також рекуперативні циркуляційні системи й регенератори;
енергія підключається за допомогою теплового насосу: Фт>.
Рис. 1.2 Схеми варіантів сполучення теплових потоків
Теплові насоси дозволяють значно розширити можливості енергетичних сполучень різних потоків енергії усередині будинку. Можуть використатися такі потоки тепла, температурний рівень яких не можна збільшити ні при послідовному приєднанні, ні за допомогою теплообмінників. Це необхідно для опалення приміщень і постачання їх гарячою водою, що відбувається при температурах, більших звичайного температурного рівня відпрацьованого тепла.
тепловий насос енергія опалення
Енергопостачання сучасних будинків здійснюється по комплексній мережі потоків енергії, які підводяться зовні через огороджуючі поверхні конструкцій будинку або за допомогою енергоносіїв, що переміщаються, східчасто перетворюючись, і на закінченні відводяться в навколишній простір у виді відпрацьованого тепла. Повітря приміщень і вода, яка скидається, додатково ви користуються для технічних процесів і постачання гарячою водою.
Для застосування ТН має значення область енергетичних підключень. ТН вимагають комплексного територіального використання. Доцільне розміщення хладо - і теплоспоживачів і їхнє підключення дозволяє одержати значний економічний ефект.
Ефективність теплових насосів у системах опалення
Розглянемо робочий процес реального теплового насоса, що живиться електроенергією від теплової електростанції. Для порівняння приведемо схему енергопостачання великого промислового підприємства, де за 100 % прийнята сума потоків енергії, що підводиться до ТЕС і котельні підприємства (рис.13). Це традиційна схема енергопостачання. Вся теплота, яка відводиться від котельні (31 %), іде на опалення будинку й втрачається через стіни, а також з вентиляційним повітрям, що скидається у навколишній простір. Електрична потужність від електростанції (24 %) майже повністю перетворюється в низькопотенційну теплоту у охолодній воді в градирні.
На нижній частині рис.13 показано варіант застосування теплового насоса. ТН фактично повертає теплоту з оборотної системи водопостачання (24 %), оскільки вона вся в сумі з електроенергією, витраченої на стиск хладоагента (7 %), надходить на вхід, тобто на опалення будинку, отчого котельня ліквідується.
Як видно зі схем, у випадку теплонасосного варіанта споживається лише 84 % палива в порівнянні із традиційною схемою, тобто 16 % палива заощаджується.
Рис. 1,3. Схема теплового насоса для опалення заводу (а) і традиційна схема з котельнею й градирнею (б)
Таким чином, тепловий насос, як той що має більше високий ексергетичний ККД, дозволяє одержати істотну економію палива. Попутно вирішується екологічне завдання, пов'язане з ліквідацією продуктів згоряння котельні (теплоелектроцентраллю).
Теплонасосні установки доцільно використати у промисловості для задоволення постійного теплового навантаження при наявності постійного джерела низькопотенційної теплоти й при відносно невеликому необхідному теплопідйомі від Тн (температури зовні) до 7*3, тобто при невеликому значенні АГ = ТВ-ТН або при відношенні Ть/Тн, близькому до одиниці. Такі умови, звичайно, мають місце при постійному промисловому тепловому навантаженні невисокого потенціалу або при навантаженні гарячого водопостачання при наявності відходів низькопотенційної промислової теплоти.
Економічність теплонасосних установок знижується з ростом відношення температур Тв /Гн, а також при використанні цих установок для задоволення сезонного теплового навантаження, наприклад опалення, що змінюється залежно від температури зовнішнього повітря. Для деяких районів максимальне опалювальне навантаження перевищує середнє опалювальне навантаження за сезон приблизно в 2 рази. Крім того, при звичайних системах опалення з конвективними нагрівальними приладами потрібен змінний потенціал теплоти для задоволення цього навантаження. Тому при максимальному опалювальному навантаженні, що має місце при найбільш низьких зовнішніх температурах опалювального сезону, теплонасосна установка повинна не тільки трансформувати максимальну кількість теплоти але й здійснювати при цьому максимальний підйом Тл-Ти, причому, звичайно, максимум опалювального навантаження, що має місце в найбільш холодний період опалювального сезону, збігається з електричним максимумом енергосистеми.
Для підвищення економічності теплонасосних установок, що задовольняють сезонне навантаження, їх доцільно сполучати із піковими котельнями таким чином, щоб базова частина цілорічного навантаження задовольнялася від теплонасосної установки, а інша частина навантаження, в основному пікова, - від пікової котельні.
На рис. 1.4 показано принципову схему такої теплопостачальної станції із двома джерелами (теплонасосною установкою й піковою котельнею), а на рис. 1.5 дано розподіл теплового навантаження між цими установками.
Рис. 1.4 Принципова схема теплопостачання від теплонасосної установки: / - тепловий насос; 2 - пікова котельня; 3 - тепловий споживач; 4 - теплова мережа
Рис. 1.5 Розподіл теплового навантаження між теплонасосною установкою й піковою котельнею: а - графік температур; б - графік теплового навантаження; в - річна відпустка теплоти; Т|, тт, Т2 - температури води відповідно після піковій котельні, після теплонасосної установки, у зворотній лінії; 0тн. бпк - теплові навантаження теплонасосної установки й пікової котельні
Передача пікового опалювального навантаження на пікову котельню знижує капітальні вкладення на спорудження станцій теплопостачання, тому що питомі вкладення на одиницю розрахункового теплового навантаження для пікової котельні в 6 - 8 разів нижче, ніж для теплонасосної установки. При такому рішенні істотно знижується також значення теплопідйому, здійснюваного теплонасосною установкою, завдяки чому зменшуються питомі витрати енергії на трансформацію теплоти.
Таким чином, доцільність застосування ТН для досягнення високої тривалості експлуатації полягає в підключенні теплоспоживаючих установок у перехідний період і влітку, а також - конвертуванні ТН для забезпечення споживачів холодом.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Поняття, види та області застосування теплових насосів. Вибір приладу для обігріву приміщення у власному регіоні. Переваги використання ґрунтових зондів та насосів з горизонтальним теплообмінником. Сфери використання енергії, яку акумулює пристрій.
реферат [1,5 M], добавлен 10.06.2014Визначення теплових потоків з усіх видів теплоспоживання. Побудова графіку зміни теплових потоків. Розрахунок водяних теплових мереж та конденсатопроводів. Побудова температурного графіка регулювання відпуску теплоти. Опис прийнятої теплової ізоляції.
курсовая работа [91,9 K], добавлен 15.12.2011Визначення мети кожної практичної роботи, призначення, позначення та маркування різних видів насосів, які застосовуються в умовах теплових і атомних електростанцій. Конструктивні особливості основних, допоміжних і різних насосів в умовах їх експлуатації.
методичка [3,1 M], добавлен 18.04.2013Загальна характеристика насосів. Конструктивні особливості динамічних насосів для стічних вод. Переваги відцентрових насосів перед поршневими. Об'ємні і динамічні насоси. Розрахунок параметрів насосів. Області застосування насосів різних типів.
реферат [86,9 K], добавлен 16.12.2010Круговий термодинамічний процес роботи теплових машин. Прямий, зворотний та еквівалентний цикли Карно. Цикли двигунів внутрішнього згорання та газотурбінних установок з поступовим згоранням палива (підведенням теплоти) при постійних об’ємі та тиску.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 22.11.2014Розрахунок модернізованої теплової схеми ТЕЦ Соколівського цукрового заводу з встановленням теплонасосної установки. Показники роботи теплової схеми існуючої ТЕЦ. Аналіз застосування теплового насосу. Підбір теплових насосів виробництва ЗАТ "Енергія".
курсовая работа [196,5 K], добавлен 19.04.2015Загальна характеристика основних видів альтернативних джерел енергії. Аналіз можливостей та перспектив використання сонячної енергії як енергетичного ресурсу. Особливості практичного використання "червоного вугілля" або ж енергії внутрішнього тепла Землі.
доклад [13,2 K], добавлен 08.12.2010Опис пристроїв, призначених для виконання корисної механічної роботи за рахунок теплової енергії. Дослідження коефіцієнту корисної дії деяких теплових машин. Вивчення історії винаходу парової машини, двигуна внутрішнього згорання, саморухомого автомобілю.
презентация [4,8 M], добавлен 14.02.2013Розробка водогрійної котельні для забезпечення потреб опалення, вентиляції та гарячого водопостачання. Розрахунок витрат та температур мережної води на опалення, а також теплової схеми котельні. Робота насосів рециркуляції і насосів технологічної води.
дипломная работа [761,1 K], добавлен 16.06.2011Загальна характеристика енергетики України та поновлювальних джерел енергії. Потенційні можливості геліоенергетики. Сонячний колектор – основний елемент геліоустановки. Вплив використання сонячної енергії та геліоопріснювальних установок на довкілля.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 30.03.2014Значення теплових електростанцій в регіонах України. Місце гідроелектростанції в електроенергетиці країни. Використання нетрадиційних джерел енергії. Технічний стан електроенергетики. Структура та обсяги виробництва електроенергії в енергосистемі держави.
презентация [3,3 M], добавлен 02.12.2014Вибір теплоносіїв та розрахунок теплових навантажень котельні. Розробка теплової схеми котельні. Розрахунок водогрійної та парової частини. Вибір основного і допоміжного обладнання котельні. Втрати у теплових мережах. Навантаження підприємства та селища.
курсовая работа [163,2 K], добавлен 31.01.2011Паливо як основне джерело теплоти для промисловості та інших галузей господарства, його різновиди та відмінні риси, особливості використання. Склад твердого та рідкого палива. Горіння палива і газові розрахунки. Тепловий баланс котельного агрегату.
курсовая работа [250,1 K], добавлен 07.10.2010Розрахунок теплових навантажень і витрат теплоносія. Оцінка ефективності теплоізоляційних конструкцій. Вибір опор трубопроводів і компенсаторів. Спосіб прокладання теплових мереж, їх автоматизація і контроль. Диспетчеризація систем теплопостачання.
дипломная работа [816,9 K], добавлен 29.12.2016Теплові процеси в елементах енергетичного обладнання. Задача моделювання теплових процесів в елементах енергетичного обладнання в спряженій постановці. Математична модель для розв’язання задач теплообміну стосовно елементів енергетичного обладнання.
автореферат [60,0 K], добавлен 13.04.2009Теплове випромінювання як одна з форм енергії. Теплові і газоразрядні джерела випромінювання. Принцип дії та призначення світлодіодів. Обґрунтування та параметри дії лазерів. Характеристика та головні властивості лазерів і можливість їх використання.
контрольная работа [51,0 K], добавлен 07.12.2010Обґрунтування необхідності дослідження альтернативних джерел видобування енергії. Переваги і недоліки вітро- та біоенергетики. Методи використання енергії сонця, річок та світового океану. Потенціальні можливості використання електроенергії зі сміття.
презентация [1,9 M], добавлен 14.01.2011Розрахунковий тепловий потік на опалення промислового будинку. Гідравлічний розрахунок паропроводів, напірного конденсатопроводу. Тепловий розрахунок при надземному і безканальному прокладанні теплових мереж. Навантаження на безканальні трубопроводи.
курсовая работа [161,7 K], добавлен 30.01.2012Основні види альтернативних джерела енергії в Україні, технології їх використання: вітряна, сонячна та біогазу. Географія поширення відповідних станцій в Україні. Сучасні тенденції та оцінка подальших перспектив розвитку альтернативних джерел енергії.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 17.05.2015Перелік побутових приміщень ливарного цеху. Розробка елементів системи водяного опалення та теплопостачання. Визначення джерела теплоти для теплопостачання об'єкту. Тепловий розрахунок котельного агрегату. Аналіз технологічного процесу обробки рідини.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 24.01.2015
