Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Сентября 2013 в 12:29, реферат
Действующие в настоящее время тарифы на тепловую энергию в сочетании с затратами на подключение к городским тепловым сетям заставляют все чаще задумываться над альтернативными способами теплоснабжения.
Теплонаносные системы теплоснабжения представляются одним из наиболее эффективных альтернативных средств решения проблемы. С термодинамической точки зрения схемы теплоснабжения на базе тепловых насосов в большинстве случаев являются даже более эффективными, чем от ТЭЦ. Тепловые насосы нашли широкое применение для теплоснабжения жилых и административных зданий в США, Швеции, Канаде и других странах со сходными России климатическими условиями. Расширяется опыт применения тепловых насосов и в нашей стране.
Отношение полезного тепла к работе, затрачиваемой на привод компрессора, называют коэффициентом преобразования теплового насоса, и в наиболее распространенных теплонаносных системах он достигает 3 и более. Применение тепловых насосов особенно эффективно в случае использования воздушных систем и/или напольных систем водяного отопления, для которых температура конденсатора не превышает 35-40оС. Все более широкое применение в последнее время находят системы отопления с применением современных теплообменников типа фанкойлов, характеризующихся высокими коэффициентами теплопередачи и соответственно допускающих использование теплоносителя с пониженными температурами.
Ключевым вопросом, от которого в значительной степени зависит эффективность применения тепловых насосов, является вопрос об источнике низкопотенциального тепла. Где найти этот источник? Таким источником мог бы быть атмосферный воздух. Однако в зимнее время, когда тепловая нагрузка возрастает, его температура в наших природно-климатических условиях становится слишком низкой, чтобы обеспечить эффективную работу теплового насоса. Идеальный вариант для тепловых насосов – наличие вблизи от потребителя источника сбросного тепла промышленного или коммунального предприятия. В наших условиях хозяйствования такие случаи нередки. Тем не менее эти случаи следует рассматривать как частные.
В качестве довольного универсального источника низкопотенциального тепла можно использовать теплоту грунта. Известно, что на глубине 4-5 м и более температура грунта в течение года практически постоянна и соответствует среднегодовой температуре атмосферного воздуха. В климатических условиях средней полосы России эта температура составляет + 5–8оС., что весьма неплохо для использования в тепловых насосах. Большой опыт практического применения тепловых насосов с грунтовыми теплообменниками, накоплен в США и Канаде. Значительные успехи в освоении этой технологии достигнуты компанией “ИНСОЛАР-ИНВЕСТ” в России.
В настоящее время с использованием этой технологии создан ряд систем теплоснабжения коттеджей. В 1998 году пущена в эксплуатацию система теплоснабжения средней школы в деревне Филиппово Ярославской области, ведется строительство крупной (более 1,5 МВт) системы теплоснабжения первого в Москве и в России аквапарка. Система теплонаносного горячего водоснабжения заложена в проект экспериментального энергоэффективного многоэтажного жилого дома в микрорайоне Никулино-2 г. Москвы, разработка которого ведется в рамках Долгосрочной научно-технической программы “Энергосбережение в городе Москве”, реализуемой Миннауки России совместно с московским правительством. Сооружается ряд объектов с тепловыми насосами в московском городском парке “Фили”, где помимо традиционных технико-экономических проблем подключения к городским тепловым сетям, возникают серьезные проблемы охраны окружающей среды (прокладка теплотрасс в парковой зоне) и др.
Поверхностные слои грунта (до 50 - 60 м), как отмечалось выше, являются достаточно универсальным и повсеместно доступным источником низкопотенциального тепла. Скважины-теплообменники могут сооружаться под фундаментом здания или в непосредственной близости от него. При этом такие системы не требуют заметного отчуждения земли.
Тепловые режимы работы грунтовых теплообменников могут быть существенно улучшены при использовании, наряду с теплом грунта, утилизируемого тепла вентвыбросов, тепла жидких стоков, а в ряде случаев и солнечной энергии.
В конструкциях новых зданий выполнение требований по повышению теплоизоляции ограждающих конструкций (стены, окна) приводит к тому, что основным источником тепловых потерь, как правило, оказываются теперь вентиляционные выбросы, причем повышение герметичности зданий в связи с применением стеклопакетов, требует внедрения новых технических решений по организации контролируемого воздухообмена в помещениях. А это значит, что все более широкое применение будут находить системы приточно-вытяжной вентиляции, и следовательно, будут созданы технические возможности для организации утилизации тепловых выбросов. По сравнению с широко известными воздушными теплообменниками утилизаторами теплонаносные установки позволяют обеспечить более глубокую и, что особенно важно, круглогодичную утилизацию тепла выходящего из здания воздуха, т.к. утилизация тепла в этом случае осуществляется теплоносителем с более низкой температурой.
Утилизируемое тепло вентвыбросов, жидких стоков и тепло, получаемое в простейших солнечных коллекторах, целесообразно направлять в грунт для восполнения теплоты, интенсивно “выкачиваемой” из грунта в зимнее время, тем самым восстанавливая или даже повышая его температурный потенциал. Такая схема реализуется в настоящее время на одном из опытных объектов парка Фили.
Накопленный многолетний опыт проектирования, создания и практической эксплуатации теплонаносных ситем теплоснабжения, технико-экономические и проектно-конструкторские обоснования их внедрения в реальные малые и крупные объекты строительства, расположенные как в условиях плотной городской застройки, так и в сельской местности, свидетельствуют о широких возможностях эффективного применения теплонаносных систем и обеспечения с их помощью заметного экономического, энергосберегающего и экологического эффектов. Дополнительный потенциал повышения эффективности использования тепловых насосов кроется также в возможности их внедрения не только для целей отопления и горячего водоснабжения, но и для кондиционирования воздуха, включая контроль и управление влажностью воздуха в помещениях и в ряде технологических процессов.
Применение теплового
насоса в процессах сушки получило
широкое распространение в
Теплота, приобретенная в испарителе, и теплота сжатия в компрессоре теплового насоса используются для нагрева сухого воздуха, который вновь поступает сушильную камеру. Тепловой насос – это одна из систем, которую исследовательский центр по электроэнергии в г. Кэйпенхерст (Великобритания) рекламирует как наиболее эффективный путь использования электроэнергии и которая до сих пор была сравнительно редким потребителем первичных источников энергии. С помощью теплового насоса можно получить в 3 раза больше теплоты в конденсаторе, чем подводимая энергия для компрессора, т. е. коэффициент преобразования равен 3.
В настоящее время исследования направлены на разработку сушилок с температурой в камере до 85 °С, но в будущем эта температура будет повышена более чем до 100 °С.
Большую перспективу представляет использование тепловых насосов в системах горячего водоснабжения (ГВС) зданий. Известно, что в годовом цикле на ГВС расходуется примерно столько же тепла, как и на отопление зданий. Примером здания, в котором тепловые насосы использованы для ГВС, является многоэтажный жилой дом, построенный в Москве в Никулино-2. В этом здании в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используется тепло земли и тепло удаляемого вентиляционного воздуха.
Тепловые насосы довольно надежные устройства. Срок эксплуатации компрессора и теплообменного контура около 30 лет. Практика применения тепловых насосов показала, что их агрегаты и автоматика практически не выходят из строя в течение всего срока эксплуатации стоимость получаемого тепла в 2,5 раза ниже, чем тепло от индивидуальных газовых котельных и в 3 раза ниже, чем стоимость тепла от централизованной системы отопления. Подогрев воды для систем отопления и ГВС не вызывает затруднений и заметных затрат, поскольку 75-80% необходимого нагрева уже сделал тепловой насос.
Практика применения
показывает, что обычно тепловой насос
полностью обеспечивает потребности в тепле. Исключения
составляют дни с холодной погодой, на
которые приходится 2-8% необходимого дополнительного
подогрева от котла или ТЭНа. Сроки окупаемости
тепловых насосов оцениваются по разному:
от 2 до 6 лет. По всей видимости это связано
с применением субсидий на установку тепловых
насосов в некоторых странах. В России
стоимость тепла, вырабатываемого тепловым
насосом конкурентна стоимости тепла
от газовых котлов. Очевидно это обстоятельство
сдерживает внедрение тепловых насосов.
По оценкам специалистов, в настоящее
время в мире установлено около 100 миллионов
тепловых насосов и ежегодно устанавливается
еще порядка 20 миллионов.
В России процесс применения тепловых насосов в самом начале. Общая мощность установленных тепловых насосов несоизмеримо мала по сравнению с другими странами. Судя по информационным источникам, насосы устанавливаются в основном в общественных зданиях. Тепловые насосы работают в Туапсе, Перми, Калининграде, Самаре, Пензе, Московской и Ленинградской областях. Тем не менее процесс пошел. Стремительно растущая стоимость газа, стоимость технологического присоединения к тепловым и электрическим сетям, заставляют искать альтернативные источники автономного теплоснабжения. При протекании теплых сточных рек по городам и предприятиям, найти дополнительный источник теплоснабжения оказывается несложно. На это уже многие начинают обращать внимание.
Информация о работе Тепловые насосы и их применение в энергосбережении