WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕПЛОНАСОСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

И.М.КАЛНИНЬ

http://ekiptnu.ru/doc2.shtml

Combination of energy saving pumptechnologies and renewable energy sources application technologies has considered to be perspective.

    Теплонасосные установки (ТНУ), осуществляя обратный термодинамический цикл на низкокипящем рабочем веществе, черпают возобновляемую низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды, повышают ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения, затрачивая в 1,2 2,3 раза меньше первичной энергии, чем при прямом сжигании топлива [1]. Применение ТНУ это и сбережение невозобновляемых энергоресурсов и защита окружающей среды, в том числе и за счет сокращения выбросов CO2(парникового газа) в атмосферу.

    Наибольшее применение ТНУ получают для теплоснабжения, горячего водоснабжения жилых, административных и производственных зданий, обеспечения тепловой энергией нужного потенциала ряда технологических процессов (сушка, дистилляция, тепловая обработка); тепло и холодоснабжения сельскохозяйственных объектов (молочнотоварных ферм, фруктохранилищ, зернохранилищ и др.).

    ТНУ, использующие различные источники низкопотенциального тепла с температурой от 5 °С (атмосферный воздух) до 40 70 °С (высокотемпературные промышленные сбросы и геотермальные источники), способны обеспечить нагрев среды в диапазоне температур от 27 °С (вода для плавательных бассейнов) до 110 °С.

    С учетом уже выявившихся технологических и экологических недостатков традиционной теплофикации [2], ТНУ предназначаются для перехода к децентрализованным системам теплоснабжения (без протяженных дорогостоящих тепловых сетей), когда тепловая энергия генерируется вблизи ее потребителя, а топливо сжигается вне населенного пункта (города). Внедрение таких экономичных и экологически чистых технологий теплоснабжения необходимо в первую очередь во вновь строящихся районах городов и населенных пунктах и с полным исключением применения электрокотельных, потребление энергии которых в 3 4 раза превышает потребление ее ТНУ.

    Важнейшей особенностью ТНУ является универсальность по отношению к виду первичной энергии. Это позволяет оптимизировать топливный баланс энергоисточника путем замещения более дефицитных энергоресурсов менее дефицитными.

    Еще одно преимущество ТНУ универсальность по уровню мощности, изменяющейся от долей до десятков тысяч киловатт и, по существу, перекрывающей мощности любых существующих теплоисточников, в том числе малых и средних ТЭЦ.

 Применение ТНУ весьма перспективно в комбинированных системах в сочетании с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, биоэнергии), т.к. позволяет оптимизировать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких экономических показателей.

    Указанные преимущества применения ТНУ обусловили их широкое и все возрастающее применение в развитых странах и во всем мире. Ставится задача не о локальном или ограниченном применении теплонасосного теплоснабжения, а о максимальном отказе от прямого сжигания для этих целей органического топлива.

    Применение ТНУ вносит наибольший вклад в экономию невозобновляемых энергоресурсов с помощью технологий нетрадиционной энергетики. Для ее распространения в необходимых масштабах требуется государственное стимулирование, как производителя этой техники, так и ее пользователя. Такое стимулирование имеет место во всем мире.

    Имеются успешно работающие ТНУ и в России. В последние годы наблюдается развитие отечественного производства ТН.

    Россия располагает необходимым научным, инженерным и промышленным потенциалом для освоения и производства современных тепловых насосов всех типов.

    Теплонасосная установка (ТНУ) состоит из собственно теплового насоса (ТН) и системы, обеспечивающей подвод и отвод из источника низкопотенциальной теплоты (ИНТ), подачу нагретой в ТН среды потребителю и ее возврат к ТН. В ТНУ могут входить несколько ТН.

Рисунок Схема ТН с электроприводом:

Н насос;

Д дросель;

КТ котельная;

И испаритель;

К конденсатор;

КМ компрессор.

Состояние рабочего вещества:

Ж жидкое;



П парообразное;

Ж/П парожидкостная смесь.

    В испарителе ТН (рис.1) низкокипящее рабочее вещество кипит при низком давлении, отнимая теплоту у ИНТ, затем при подводе энергии извне (механической или тепловой) давление рабочего вещества повышается до уровя, позволящего отдать теплоту конденсации нагреваемой среде иссточника высокопотенциальной теплоты (ИВТ). Давление сконденсированного рабочего вещества снижается в дросселе до давления кипения. Таким образом, реализуется непрерывный круговой процесс переноса теплоты с более низкого температурного уровня на более высокий с подводом энергии извне, затрачиваемой на повышение давления парообразного рабочего вещества (обратный термодинамический цикл).

    По существу тепловыми насосами является большинство широко распространенных холодильных машин, в том числе бытовых холодильников, так как они по тому же принципу отнимают теплоту от охлаждаемого объекта и при более высокой температуре отдают ее окружающей среде. Тепловые насосы в сравнении с холодильными машинами работают в диапазоне более высоких рабочих температур. Это, однако, не мешает использовать в тепловых насосах и холодильных машинах одни и те же элементы (компрессоры, теплообменные аппараты и т.д.), а также одни и те же или родственные рабочие вещества (с температурой кипения от минус 40 °С до + 10 °С при атмосферном давлении).

    Тепловые насосы вышли из недр холодильной техники и, как правило, создаются и выпускаются заводами холодильного машиностроения. Это одно из важнейших пересечений техники низких температур с энергетикой.

    Разнообразное исполнение тепловых насосов (ТН) классифицируется по ряду признаков (табл.1).

Таблица Классификация ТН Признаки классификации Содержание Тип (принцип действия) парокомпрессионные (ПТН);

абсорбционные (АТН);

термоэлектрические (ТЭТН).

Схема моновалентные только тепловой насос;

бивалентные ТН с дополнительным    источником    теплоты.

ИНТ наружный воздух;

поверхностные воды (реки, озера, моря);

подземные воды;

теплота грунта;

солнечная энергия;

сбросная теплота (канализационных стоков,    охлаждающей воды предприятий,    вентиляционного воздуха и др.).

Сочетания ИНТ и ИВТ воздухвоздух, воздухвода;

грунтвоздух, грунтвода;

водавоздух, водавода.

Вид энергии электроэнергия;

топливо: природный газ, жидкое топливо,    твердое топливо.

Тип привода электропривод (применительно к ПТН);

двигатели внутреннего сгорания (ПТН):    бензодвигатель, дизельный двигатель, в    том    числе    работающий на природном    газе;

турбопривод (ПТН): паровая турбина, газовая    турбина;

теплота от котельных на различных    топливах   (АТН);

теплофикационная вода, водяной пар    низкого    давления (АТН);

непосредственный газовый подогрев (АТН);

вторичные энергоресурсы производственных    процессов (АТН).

      Коэффициент преобразования ТН (µ отношение отдаваемой теплоты к затраченной энергии) зависит от разности требуемой температуры потребителя (Тивт) и температуры холодного источника (Тинт), термодинамических свойств рабочего вещества и особенностей термодинамического цикла ТН, технического совершенства конструкции теплового насоса. В первом приближении можно считать, что коэффициент m зависит только от разности температур (Тивт Тинт). Чем меньше эта разность, тем выше коэффициент µ.

Для сопоставления эффективности ТН и традиционных генераторов теплоты, например, котельных, а также сравнения ТН разных принципов действия, например, парокомпрессионного с приводом компрессора от электродвигателя и абсорбционного, потребляющего тепловую энергию, применяют обобщенный критерий коэффициент использования первичной энергии К. Он определяется как отношение полезной теплоты ТН к теплотворной способности израсходованного топлива (обычно условного, 7,0 Гкал/тУТ).

    Удачное сочетание параметров ИНТ и требуемых параметров теплоты у потребителя важнейшее условие эффективного применения ТН. Сближение температур ИНТ и ИВТ достигается совершенствованием систем использования теплоты. Так, например, для современной системы напольного отопления достаточна температура 25…35 °С, тогда как для традиционной системы отопления ИВТ должен иметь температуру 70…100 °С (табл. 2).





Таблица Источники низкопотенциальной теплоты Потребители теплоты ТН Плавательный бассейн, вода 27...30°С Отопление напольное, вода 25...35°С Отопление нагретым воздухом 25...30°С Отопление с интенсивными теплообмен никами, вода 40...55°С Отопление** традиционное, вода 70...100°С Горячее водоснабжение, вода 50...80°С (45°С) Воздух 5...+15°С 4,15* —— 1, 4, —— 1, 3, —— 1, 3, —— 1, —— 2, —— 0,    3,    (   ——   )    1, Грунт 5...10°С 4, —— 1, 4, —— 1, 3, —— 1, 3, —— 1, 2, —— 0, 2, —— 0,    3,    (   ——   )    1, Грунтовые воды 8...15°С 4, —— 1, 4, —— 1, 4, —— 1, 3, —— 1, 2, —— 0, 2, —— 0,    3,    (   ——   )    1, Реки, озёра, моря 4...17°С 4, —— 1, 4, —— 1, 4, —— 1, 3, —— 1, 2, —— 0, 2, —— 0,    3,    (   ——   )    1, Сточные воды 10...17°С 5, —— 1, 4, —— 1, 4, —— 1, 3, —— 1, 2, —— 0, 3, —— 1,    3,    (   ——   )    1, Оборотная вода 25...40°С —— —— —— 4, —— 1, 3, —— 0, 3, —— 1,    4,    (   ——   )    1, Геотермальные воды 40...65°С —— —— —— —— 4, —— 1, —— Высоко температурные сбросы 40...70°С —— —— —— —— 4, —— 1, —— Примечание:   *  В числителе коэффициент преобразования µ, а в знаменателе коэффициент первичной энергии Кпр при Кэл = 0,33;

**  Сюда относится также тепло для технологических нужд.

      Сопоставление альтернативных вариантов теплоснабжения по степени использования первичной энергии показывает, что наименее эффективен прямой электрический обогрев (Кэл = 0,27…0,34), так как на тепловой электростанции при выработке энергии и ее транспортировке по сетям теряется около 70 % первичной энергии.

    Теплоснабжение прямым сжиганием топлива в котельной приводит к потере около 20 % первичной энергии. Коэффициент использования первичной энергии примерно равен КПД котельной: К кт = 0,75…0,85.

    При рациональном применении ТН обеспечивается экономия первичной энергии Ктн > 1.

    Для ПТН с электроприводом коэффициент использования первичной энергии (Ктн) равен произведению коэффициента преобразования µ и коэффициента использования первичной энергии при выработке электроэнергии (Кэл). Вследствие низких значений последнего эффективность ТН уравнивается с котельной при mµ =~ 2,5 и поэтому разность температур (Тивт Тинт), как правило, не должна превышать 60 °С.

Парокомпрессионные тепловые насосы (ПТН) с приводом от теплового двигателя, например, газовой турбины или дизельного двигателя оказываются более экономичными. Хотя КПД этих двигателей не превышает 35 %, при работе в составе ТН может быть утилизирована и направлена в общий поток нагреваемой ТН среды большая часть потерь, которые воспринимаются смазкой, охлаждающей двигатель жидкостью и выхлопными газами. В результате коэффициент использования первичной энергии привода возрастает в 1,5 раза, а экономичность ТН обеспечивается при µ >= 2,0.

    В ТН абсорбционного типа (АТН) вместо компрессора с механическим приводом используется система, которую называют "термокомпрессором". Их преимуществом является возможность использования тепловой энергии. Это может быть прямое сжигание топлива, а также различные сбросные потоки теплоты в виде горячей воды, отработанного пара и т.п. Эти машины имеют более низкий коэффициент преобразования (коэффициент трансформации) по сравнению с парокомпрессионными ТН. Однако использование топлива с КПД не ниже, чем у котельной, обеспечивает Ктн = 1,2…1,3. Представление об энергетической эффективности альтернативных вариантов теплоснабжения дает их сопоставление по степени использования первичной энергии (рис.2).

Рисунок Использование первичной энергии при теплоснабжении:

КТ котельная;

ЭБ электробойлер;

ТЭС тепловая электростанция;

ПП потери преобразования энергии;

АТН абсобционный тепловой насос сжиганием газа;

ЭТН парокомпрессионный теплопой насос с электроприводом;

ГТН парокомпрессионный ТН с приводом от газового двигателя;

ПД потери при транспортировании энергоносителя (сетевые потери);

        Особенно выгодно применение ТН при одновременной выработке тепла и холода, что может быть использовано в ряде промышленных и сельскохозяйственных производств, а также в системах кондиционирования воздуха.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.