Оценка эффективности использования тепловых насосов в системе теплоснабжения

Достоинства тепловых насосов малой мощности: компактность, надежность, экологичность, работают при низких температурах наружного воздуха зимой, кондиционирование помещений в теплый период года. Перспективы применения тепловых насосов большой мощности.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 26.04.2019
Размер файла 243,0 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка эффективности использования тепловых насосов в системе теплоснабжения

Студент Дышловенко Д.В.

Тепловые насосы позволяют переносить тепло от более холодного тела к более горячему посредством испарения и конденсации, использовать теплоту практически всех окружающих сред: воды, воздуха, грунта. Теплонасосные установки давно доказали свою эффективность благодаря тому, что передают потребителю в 3 - 5 раз больше энергии, чем затрачивают сами на ее передачу. Кроме того, в тепловых насосах используются экологически чистые технологии практически без выбросов вредных веществ в окружающую среду [1].

Тепловые насосы малой мощности (до 100 кВт) получили широкое распространение в высокотехнологичных странах мира. Они компакты, надежны, экологичны, работают при низких температурах наружного воздуха зимой, а также способны осуществлять кондиционирование помещений в теплый период года.

Таким образом, можно считать, что рынок маломощных тепловых насосов бурно развивается, и необходимо оценить перспективы применения тепловых насосов большой мощности (до 30 МВт и более) для модернизации и развития систем теплоснабжения, преимущество котторых по сравнению с тепловыми насосами малой мощности заключаются в следующем:

·- более низкие удельные капиталовложения (на 1 кВт тепловой мощности); тепловой насос мощность

·- меньшая занимаемая площадь по сравнению с большим количеством маломощных тепловых насосов;

·- более высокие технико-экономические показатели отдельных элементов (например, изоэнтропный КПД компрессора) и теплового насоса в целом.

Грунт - это наиболее универсальный источник рассеянной теплоты. Он аккумулирует солнечную энергию и целый год подогревается от земного ядра. При этом он всегда "под ногами” и способен отдавать тепло в независимости от погоды. На глубине 5-7 м температура практически постоянная на протяжении всего года. Для большей территории России она составляет 8-12°С, что вполне достаточно для обустройства высокоэффективного системы отопления и охлаждения.

Более того, в верхних слоях земли минимальное значение температуры достигается на несколько месяцев позже от пиков морозов - потребность в интенсивном обогреве с помощью теплового насоса "грунт-вода" до той поры уменьшается. В целом же, грунт достаточно надежно поставляет теплоту для теплового насоса. Необходимая энергия собирается грунтовым теплообменником, углубленным в землю, и аккумулируется в теплоносителе, который потом подается в испаритель теплового насоса и возвращается назад за новой порцией тепла. В качестве такого носителя используется незамерзающая, экологически безопасная жидкость - «рассол» или антифриз. В большинстве тепловых насосов "грунт-вода" используется раствор воды и пропиленгликоля или этиленгликоля.

Существует и другая схема отбора теплоты, когда вместо ”рассола” в контуре циркулирует фреон, который превращается в пару непосредственно в трубах теплосборника. Эта схема повышает КПД теплового насоса, но ее эксплуатация сложна и небезопасна для окружающей среды. Поэтому наиболее популярный тепловой насос "грунт-вода" с ”рассолом”, в которых используется два вида теплообменников:

грунтовый коллектор и грунтовый зонд.

Оба выполняются из полиэтиленовых труб диаметром около 40 мм с добавками теплопроводного пластификатора.

Грунтовый горизонтальный коллектор представляет собой длинную трубу, горизонтально вложенную под слоем грунта. Главное преимущество горизонтального коллектора - универсальность и простота монтажа. Недостаток - большая площадь под грунтовый коллектор - 25-50 м2 на 1 кВт мощности теплонасоса (причем площадку можно использовать лишь под газон или однолетние цветы). Есть много схем укладки труб грунтового теплообменника: петля, змейка, зигзаг, плоские и винтовые спирали разных форм, так называемый способ ”Slinky” и др. Выбор способа укладки горизонтального коллектора определяется теплопроводностью грунта и геометрией участка.

Производительность грунтового теплообменника больше на увлажненных суглинках и значительно меньше на сухих песчаных участках. В среднем 1 м2 поверхности грунта может обеспечить снабжение 10-40 Вт мощности. Если нужна большая мощность теплового насоса "грунт-вода", то петель грунтового коллектора делают несколько.

Вертикальные коллекторы - это система длинных труб, которые опущены в глубокую скважину (50-150 м). Тепловой насос "грунт-вода" с использованием вертикального теплообменника нуждается лишь в небольшом участке земли, на котором проводятся работы по бурению. На глубине всегда одинаковая температура - от 10°С и выше, поэтому вертикальные коллекторы мощнее по съему теплоты в отличие от горизонтальных. Один метр длины вертикального теплообменника дает возможность получить от 30 до 100 Вт тепловой энергии в зависимости от грунта и его увлажненности. Известно около десяти разных конструкций вертикальных коллекторов, даже достаточно необычных (например, в виде труб, забетонированных в сваи фундамента дома). Но наиболее применяемыми являются две: "труба в трубе" и U-образная. По одной линии "рассол" подается циркуляционным насосом вниз, а по другой им же поднимается вверх, к испарителю теплового насоса. Для улучшения теплопередачи и повышения прочности вертикального коллектора зазор между землей или обсадной трубой и рабочими трубами заполняется бетонитом или бетоном. Если нужно получить большую мощность, таких вертикальных теплообменником делают несколько. Расстояния между вертикальными коллекторами (скважинами) составляет 5-7 м.

Источником теплоты для тепловых насосов могут быть поверхностные воды реки, озера или грунтовые воды (скважины), а также стоковые воды технологических циклов предприятий (например, система оборотного водоснабжения). Тепловые насосы "вода-вода" практически не отличаются от тех, которые работают с "рассолом". Но благодаря более высокой температуре теплоносителя зимой, годовая эффективность использования таких тепловых насосов оказывается наивысшей.

Температура воды редко снижается ниже +4 °С. Чем ближе к поверхности, тем температура больше варьируется в течение года, а в глубине - она относительно стабильна. Полиэтиленовые трубы для отбора теплоты укладывается на дне или в грунте дна, где температура еще немного выше, чем температура воды. Важно, чтобы трубы снабжались отягощающим грузом для предотвращения всплытия или имели каркас. Чем ниже они залегают, тем меньше риск повреждения.

В схеме системы теплонасосного теплоснабжения (рисунок 1) теплота отбирается испарителем теплового насоса, преобразуется в тепловом насосе, использующем электроэнергию, передается теплоносителю первого контура конденсатором теплового насоса. Тепло из перового контура передается в бак-аккумулятор, который используется в качестве накопителя тепловой энергии, и система может свободно функционировать без него, компенсируя перепады температуры теплоносителя за счет увеличения потребления электроэнергии [2].

Рисунок 1 - Функциональная схема системы теплонасосного теплоснабжения: 1 -тепловой насос, 2 - бак-аккумулятор, 3 - потребитель, 4,5 -циркуляционные контуры, 6-8 - теплообменники, 9,10 - циркуляционные насосы.

При использовании возобновляемых ресурсов в качестве источников может возникнуть потребность в стабильном и постоянном источнике энергоснабжения. В качестве резервного источника питания в теплонасосной системе применяется электроводонагреватель. Для наиболее эффективного использования потенциала теплонасосного источником (электроводонагревателем) и повышающим термотрансформатором.

Тепловые насосы не только вырабатывают тепло, но и охлаждают помещения, то есть они реверсивные. Тепловые насосы могут отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его и направлять тепловые избытки в скважину или на улицу с воздухом. В летнее время избыточное тепло можно использовать на подогрев бассейна. Также они способны одновременно с обогревом или охлаждением приготовить горячую воду для бытовых нужд.

Для использования полученной установки в качестве источника энергии в системе кондиционирования воздуха рационально использовать абсорбционнцю холодильную машину. Для накопления излишков тепловой энергии в моменты максимальной выработки энергии и последующего ее использования в зимний период времени применяется сезонное аккумулирование тепла при помощи грунтового теплового аккумулятора. Наиболее эффективными представляются комбинированные системы тепло- и холодоснабжения, включающие в себя тепловой насос, бака аккумулятор, абсорбционную холодильную машину, дополнительно могут быть использованы грунтовый тепловой аккумулятор совместно с тепловым насосом, повышающий термотрансформатор и резервный источник теплоснабжения (рисунок 2).

С точки зрения технико-экономического обоснования (ТЭО) использование теплового насоса, на фоне остальных источников тепла, показывает наиболее высокую экономию средств. Первоначальные инвестиции в тепловой насос достаточно велики, но, при детальном изучении ТЭО и правильном подходе к использованию всех преимуществ теплового насоса, как то, функция охлаждения в летний период, правильный расчет мощности, удешевление монтажных работ за счет применения отечественных материалов, позволяет сократить срок окупаемости на некоторых объектах до 2-3 лет.

Рисунок 2 - Функциональная схема системы теплонасосного теплоснабжения: 2 - тепловой насос, 3 - электроводонагреватель, 4 - бак аккумулятор, 5 - потребитель, 6-9 -циркуляционные контуры, 10-13 - теплообменники, 14 - повышающий термотрансформатор, 15-18 - циркуляционные насосы, 19 - абсорбционная холодильная машина, 20 - вентилятор, 21- грунтовый тепловой аккумулятор.

По прогнозу Мирового Энергетического Агентства, к 2020 году в передовых странах доля отопления и горячего водоснабжения от теплонасосов составит не менее 75%, в мировой практике меняется стратегия теплоснабжения: происходит переход от традиционного сжигания органического топлива к использованию энергоэффективных технологий для утилизации рассеянного или сбросного техногенного теплоты.

Литература

1 Фортов В.Е. Возобновляемые источники энергии в Мире и в России / В.Е. Фортов, О.С. Попель // Энергетический вестник. 2013. №16. С. 20-31.

2 Амерханов Р.А. Использование воздушного теплового насоса для теплоснабжения объектов /Р.А. Амерханов, А.С. Кириченко, В.П. Снисаренко // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. - № 6 (175). - 2015.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Понятие о тепловом насосе. Принцип действия теплового насоса, цикл Карно. Основные составляющие части внутреннего контура. Основные виды установки. Достоинства и недостатки тепловых насосов, их применение и перспективы использования в городском хозяйстве.

    реферат [610,5 K], добавлен 24.12.2013

  • Определение величин тепловых нагрузок района и годового расхода теплоты. Выбор тепловой мощности источника. Гидравлический расчет тепловой сети, подбор сетевых и подпиточных насосов. Расчет тепловых потерь, паровой сети, компенсаторов и усилий на опоры.

    курсовая работа [458,5 K], добавлен 11.07.2012

  • Определение расчётных тепловых нагрузок района города. Построение графиков расхода теплоты. Регулирование отпуска теплоты. Расчётные расходы теплоносителя в тепловых сетях. Гидравлический и механический расчёт водяных тепловых сетей, подбор насосов.

    курсовая работа [187,6 K], добавлен 22.05.2012

  • Эффективность водяных систем теплоснабжения. Виды потребления горячей воды. Особенности расчета паропроводов и конденсатопроводов. Подбор насосов в водяных тепловых сетях. Основные направления борьбы с внутренней коррозией в системах теплоснабжения.

    шпаргалка [1,9 M], добавлен 21.05.2012

  • Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, максимального расхода сетевой воды. Гидравлический расчет тепловых сетей. Параметры насосов и их выбор. Расчет толщины теплоизоляции трубопроводов, объема подачи теплоносителя.

    курсовая работа [85,6 K], добавлен 18.10.2014

  • Тепловые насосы, работающие от воздушного источника, принцип их действия. Принципиальная схема работы. Организация работы отопительной системы. Рынок воздушных тепловых насосов в странах Северной Европы. Повышение энергоэффективности воздушных насосов.

    курсовая работа [719,1 K], добавлен 01.06.2015

  • Устройство котельного и турбинного оборудования, паровых и водогрейных котлов. Классификация циркуляционных насосов. Назначение элементов тепловых схем источников и систем теплоснабжения, особенности его эксплуатации. Основные типы теплообменников.

    отчет по практике [1,2 M], добавлен 19.10.2014

  • Вывод тепловых сетей и водогрейных котельных на период летнего простоя. Пуск водогрейных котлов и тепловых сетей на зимний режим работы. Режимы оборудования ТЭЦ. Работа тепловых установок с промышленным и теплофикационным отбором пара и конденсацией.

    презентация [1,6 M], добавлен 23.07.2015

  • Принцип действия тепловых конденсационных электрических станций. Описание назначения и технических характеристик тепловых турбин. Выбор типа и мощности турбогенераторов, структурной и электрической схем электростанции. Проектирование релейной защиты.

    дипломная работа [432,8 K], добавлен 11.07.2015

  • Физика низких температур. Низкотемпературные проблемы и возможности сжижения газов. Интенсивность тепловых движений. Свойства газов и жидкостей при низких температурах. Получение низких температур. Сверхтекучесть и другие свойства жидкого гелия.

    курсовая работа [988,1 K], добавлен 16.08.2012

  • Принцип устройства и действия тепловой трубки Гровера. Основные способы передачи тепловой энергии. Преимущества и недостатки контурных тепловых труб. Перспективные типы кулеров на тепловых трубах. Конструктивные особенности и характеристики тепловых труб.

    реферат [1,5 M], добавлен 09.08.2015

  • Расчет среднесуточной тепловой мощности на горячее водоснабжение. Гидравлический расчет тепловых сетей. Расчет мощности тепловых потерь водяным теплопроводом. Построение температурного графика. Выбор основного и вспомогательного оборудования котельных.

    курсовая работа [2,8 M], добавлен 26.06.2019

  • История тепловых насосов. Рассмотрение применения и принципов действия установки. Описание термодинамических процессов и определение энергозатрат с рабочим телом, расчет данных. Изучение правил выбора оборудования: испарителя, конденсатора и компрессора.

    курсовая работа [396,8 K], добавлен 20.02.2014

  • Основные технические направления энергосбережения в Республике Беларусь. Энергосберегающие технические системы и оборудование: использование тепловых насосов, газовых низкотемпературных отопительных котлов. Энергосберегающие осветительные приборы.

    реферат [390,4 K], добавлен 23.03.2012

  • Описание системы теплоснабжения. Климатологические данные города Калуга. Определение расчетных тепловых нагрузок района города на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Гидравлический расчет водяных тепловых сетей. Эффективность тепловой изоляции.

    курсовая работа [146,6 K], добавлен 09.05.2015

  • Понятие и классификация тепловых машин, их устройство и компоненты, функциональные особенности и сферы практического применения. Отличительные признаки, условия использования двигателей внешнего и внутреннего сгорания, их преимущества и недостатки.

    контрольная работа [149,6 K], добавлен 31.03.2016

  • Подземная и надземная прокладка тепловых сетей, их пересечение с газопроводами, водопроводом и электричеством. Расстояние от строительных конструкций тепловых сетей (оболочка изоляции трубопроводов) при бесканальной прокладке до зданий и инженерных сетей.

    контрольная работа [26,4 K], добавлен 16.09.2010

  • Расчет тепловых нагрузок производственных и служебных зданий предприятия по укрупнённым характеристикам. Расчет необходимых расходов воды для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Построение пьезометрического графика и выбор схемы абонентских вводов.

    курсовая работа [431,9 K], добавлен 15.11.2011

  • Определение объема магнитопровода, оптимальной магнитной индукции, потерей мощности, плотности тока в проводах обмоток, добавочных потерь. Выбор сечений проводов. Расчет тепловых режимов, схемы замещения трансформатора. Его моделирование в среде OrCAD.

    курсовая работа [696,4 K], добавлен 05.12.2012

  • Определение тепловых нагрузок и расхода топлива для расчета и выбора оборудования котельных. Подбор теплообменников. Составление тепловой схемы производственно-отопительной котельной. Подбор агрегатов. Расчет баков и емкостей, параметров насосов.

    курсовая работа [924,0 K], добавлен 19.12.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.