Енергетичні установки, що використовують низькотемпературні джерела енергії. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії

 Коментарі до статті

Грунтові теплообмінники у вертикальних свердловинах в останні 10-15 років широко застосовуються як низькотемпературне джерело тепла для систем опалення та гарячого водопостачання з використанням теплових насосів. Це екологічно чисте джерело тепла досить часто використовується, наприклад, у Швейцарії, де зараз експлуатується близько чотирьох тисяч таких установок.

Алтайським регіональним центром нетрадиційної енергетики та енергозбереження було проведено дослідження питань взаємного впливу вертикального ґрунтового теплообмінника та теплового насоса. За основу було взято автоматизовану теплонасосну установку АТНУ-10 (робоча рідина - R22), розроблена АК "ІНСОЛАР" у рамках Державної науково-технічної програми Росії "Екологічно чиста енергетика" і що випускається підприємством "ЕКОМАШ" (м. Саратов). У систему також включений вертикальний ґрунтовий теплообмінник у свердловині глибиною не більше 100 м (як показали гідрогеологічні дослідження, 67% населення Алтайського краю проживає на території, де глибина залягання першого водоносного горизонту менше 30 м). Базова температура ґрунту прийнята рівною 280 К, що відповідає середній оцінці температур на глибині понад 5 м для умов Алтайського краю.

Автоматизована система управління теплового насоса типу АТНУ розрахована таким чином, щоб він працював за оптимальних умов з постійним значенням теплового потоку, що визначається тепловим потоком від первинного теплоджерела, вхідною температурою високотемпературного контуру та масовою швидкістю теплоносія високотемпературного контуру. При зниженні необхідного теплового навантаження має відбуватися відключення теплового насоса до відновлення заданої температури. Якщо потужність грунтового теплообмінника недостатня покриття тепловтрат у високотемпературному контурі, повинен включатися піковий доводчик.

Результати показали, що теплова енергія, що видобувається з ґрунту, лінійно залежить від логарифму робочої довжини теплообмінника. За цих умов (фільтраційна швидкість 10 м/добу) для отримання з ґрунту 5-6 кВт теплової потужності необхідна глибина теплообмінника становитиме 50-60 м. Конструктивні особливості АТНУ вимагають певних умов витрати теплоносія високотемпературного контуру. Мінімальна витрата теплоносія у контурі опалення повинна становити 0,3 кг/с (1 м3/год). При менших обсягах у системі почнеться накопичення тепла і, як показали випробування на натурній установці, це призведе до підвищення температури та тиску хладону, погіршення роботи випарника та зменшення знімання тепла в ґрунтовому теплообміннику. І хоча температура теплоносія високотемпературного контуру підвищується, ефективність роботи всієї схеми, що визначається опалювальним коефіцієнтом, падає.

Великий інтерес до використання ґрунту як джерело тепла проявляється в Європі. Конструкція випарника пропонується у формі серпантину з трубок діаметром близько 25 мм, покладених на постійній глибині на площі кілька сотень квадратних метрів. З метою зменшення капітальних витрат трубки розташовуються якомога ближче до поверхні.

Вивчення ґрунту як джерела тепла, поведене в Європі, показало, що тепловий потік до випарника з ґрунту становить 20-25 Вт/м, мінімальне значення для Європи становить 10 Вт/м, максимальне 50-60 Вт/м.

Оптимальна глибина та крок розміщення трубок становлять відповідно 1,5 та 2 м. У деяких випадках через взаємний вплив межа 2 м розширюється. Трубки можна розміщувати на меншій глибині, але при цьому продуктивність теплового насоса може знижуватися на 5% за кожен градус зниження температури випарника.

Крім варіанта випаровування безпосередньо холодоагенту можна використовувати проміжний теплоносій - розсіл, що циркулює трубками в грунті і віддає тепло холодоагенту в спеціальному теплообміннику. Середня температура розсолу взимку становить -3°C.

Якщо вміст води у ґрунті велике, показники підвищуються завдяки збільшенню теплопровідності та гарному контакту з трубками. Велика концентрація у ґрунті гравію викликає погіршення характеристик.

У Данії розглянуто можливість застосування не горизонтальних, а вертикальних трубок, які можна використовувати в режимі не тільки нагрівання, а й охолодження будівлі влітку, коли застосовується реверсивний тепловий насос.

Було виявлено і таку цікаву деталь. Мінімум температури ґрунту завжди вищий, ніж повітря, і досягається двома місяцями пізніше, коли потрібна потужність опалення знижується.

Вертикальні трубки займають менше місця і дозволяють у певному сенсі використовувати тепло, акумульоване в літні місяці, що дає економічні переваги. Дослідження вертикальних U-подібних трубок показали можливість значного вилучення тепла. Горизонтальний випарник із площі 150-200 м дозволяє отримати 12 кВт тепла. U-подібні трубки, розміщені у свердловинах діаметром 127 мм та глибиною 8 м, дозволили отримати 12 кВт лише з двох свердловин. Звідси видно, що U-подібні трубки знижують необхідну поверхню ґрунту в 10-20 разів, порівняно з горизонтальними.

Незважаючи на порівняльну дешевизну вітчизняних теплових насосів порівняно із закордонними за сучасного слабкого фінансового стану підприємств, впровадження теплових насосів зустрічає певні труднощі. Не останню роль відіграє велика новизна та незвичність цієї техніки для наших споживачів. Ці проблеми долалися за кордоном шляхом надання протягом кількох років пільг підприємствам, які запроваджують теплонасосні установки. У більшості країн Західної Європи на прибуток, що отримується від застосування теплових насосів, встановлювався менший податок, а в деяких країнах робилися прямі фінансові дотації. Так, в Австрії фірмам, які використовують теплові насоси, встановлено фінансову дотацію до 100 тис. шилінгів, а ФРН на початку 90-х років таким фірмам надавалася право на податкову знижку, що сягає 7,5% капітальних витрат (за умови їх капіталізації), що рівноцінно фінансовій дотації у розмірі до 20% витрат на теплонасосні установки. У результаті Австрії сьогодні працює 105 тис. ТНС, що дають щорічну економію 116 тис. т мазуту.

Крім використання тепла ґрунту найбільш привабливим для використання в домашніх додатках теплового насоса є "безкоштовне" джерело тепла для створення комфортних умов усередині будинку – повітря. Він загальнодоступний і привернув найбільшу увагу масовому виробництві. У тих випадках, коли доступна вода, вона має кілька переваг, порівняно з повітрям. Активно досліджується використання скидного тепла чи сонячних колекторів, яких виявляється інтерес й у Європі та Америці.

Найбільшого поширення набули теплові насоси з повітрям як джерело тепла від початку їх застосування в домашніх умовах. В основному повітря є і тепловим стоком. Як джерело тепла повітря має ряд недоліків, тому потрібна ретельна оптимізація конструкції в залежності від місця встановлення, де температура повітря може бути суттєво різною.

Характеристики теплового насоса і особливо КОП зменшуються зі збільшенням різниці температур випарника і конденсатора. Це особливо несприятливо впливає на теплові насоси з повітряним джерелом тепла. У міру зниження температури навколишнього повітря потрібна кількість тепла для опалення підвищується, але здатність теплового насоса підтримувати навіть постійну теплову потужність суттєво знижується. Для подолання цього недоліку часто застосовується додаткове нагрівання.

Для умов Англії та більшості країн Європи вартість теплового насоса з будь-яким джерелом тепла помітно вища, ніж звичайна центральна котельня. Чим більшу частку покриває тепловий насос у домашньому тепловому навантаженні, тим вище різниця в капіталовкладеннях, тому теплові насоси, як правило, розраховуються лише на частину річного теплового навантаження, а частину, що залишилася, дає додатковий нагрівач, найчастіше електричний (у США) і на органічному паливі. (в Європі). Вибір між ними визначається співвідношенням капітальних та експлуатаційних витрат. Якщо тепловий насос забезпечує повітряне кондиціювання влітку, його розміри і потужність можуть диктуватися саме цим застосуванням.

Додаткове нагрівання потрібно, коли температура навколишнього повітря впаде нижче нуля, при цьому теплові втрати будівлі перевищують теплову потужність насоса. Для підвищення економічної ефективності системи увімкнення додаткового нагрівача, в даному випадку електричного, рекомендується лише тоді, коли тепловий насос не може покрити повне навантаження.

Всі джерела тепла для теплових насосів тією чи іншою мірою схильні до впливу сонячної енергії, але її можна використовувати і безпосередньо за допомогою сонячних колекторів з циркуляцією теплоносія, підігріву повітря, що входить у випарник за допомогою сонячних концентраторів. Хоча сонячні концентратори, мабуть, придатні для абсорбційних теплових насосів. Вони ще мало застосовуються в домашніх умовах, але є предметом значної дослідницької роботи. Для підігріву генератора в абсорбційному циклі потрібні вищі температури, ніж звичайні плоскі колектори. Однак застосування абсорбційного циклу для кондиціонування допускає нагрівання від плоских колекторів, оскільки тут повинна бути температура нижче і тому охолодження повітря проводиться влітку, саме тоді, коли сонячна радіація інтенсивна і температура колектора підвищена.

Разом з іншими джерелами тепла для теплових насосів широко застосовуються плоскі колектори, розміщені на дахах. Взагалі сонячні колектори інтенсивно вивчаються для застосування не лише з тепловими насосами, а й самостійно, а також у схемах із акумуляторами тепла. Останні цікаві і для теплових насосів як джерело тепла в хмарні дні або вночі.

Даючи тепло у випарник при температурі вищій, ніж навколишнє повітря, ґрунт або вода, сонячні колектори підвищують КОП теплового насоса.

Зазвичай проміжний теплоносій – вода передає тепло від колектора до випарника. Але може бути і повне поєднання колектора з випарником, де охолоджувач випаровується безпосередньо всередині трубок сонячного колектора.

Часто тепло від сонячного колектора подається до рідинного теплового акумулятора, куди занурені трубки випарника. Тепловий акумулятор відіграє суттєву роль у будь-якій сонячній теплонасосній системі. У будинку фірми Філліпс, наприклад, сонячний колектор (20м2) збирає на рік 36-44 ГДж тепла (при середньому ККД 50%), що зберігається в баку 40 м3 при температурі до 95°C.

Було запропоновано схему будинку з мінімальним споживанням енергії, що використовує три теплові насоси: один для передачі тепла з підвищенням температури від сонячного колектора до акумулятора, другий – від акумулятора до системи опалення та третій – від акумулятора до системи гарячого водопостачання.

Сонячні колектори розглядають також у поєднанні з ґрунтовими. Встановлено, що розміри сонячного колектора мають бути більшими за 3 м2 на 1кВт втрат тепла житлом. При сонячному колекторі площею 30м3 із ґрунтовим випарником, що займає лише 100 м, досягається КОП=3,4. Якщо використовувати тільки ґрунтовий випарник, то потрібна поверхня 300 м, і при цьому виходить КОП=2,7.

Проте, виявиться, що незважаючи на підвищення КОП, економія палива може не окупити вартість установки, особливо сонячного колектора. Інші роботи у цій галузі показують, що за теплової потужності ТНУ 6 кВт потрібна поверхня 20м2.

Крім того, ТНУ може використовувати теплові скидання самого житла, наприклад, гази, що йдуть з кухонних печей або взагалі з кухні, скидну воду. У Голландії ТН був використаний для домашньої сушарки посуду. Тепло вологого повітря, що викидається, використовується для підігріву сухого, що подається в сушарку. Тепле вологе повітря із сушарки проходить у випарник ТН та охолоджується. При охолодженні з нього випадає волога, повітря стає придатним для рециркуляції. У випарнику використовується як явна, так і прихована теплота повітря, що йде. Рециркулююче повітря проходить крізь конденсатор і нагрівається теплом конденсації. Економія енергії сягає близько 48%. Далі наведено деякі характеристики ТНУ, які широко застосовуються за кордоном.

Табл. 2.1.2. Характеристики ТН-установки "Carrier" (США) - простий реверсивний тепловий насос повітря-повітря.

Характеристики ТН фірми Lennox, комбінуються з вогневою системою опалення, що виключає систему додаткового нагріву. Табл. 2.1.3.

Дивіться інші статті розділу Альтернативні джерела енергії.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Побудується найбільший електричний хмарочос 22.04.2022 Новий хмарочос на 100% харчуватиметься від поновлюваної енергії, що отримується від гідроелектростанції штату Нью-Йорк. 60-поверхову вежу займе нова штаб-квартира JPMorgan Chase. Інші енергоефективні особливості включають вікна з потрійним склінням та системи повторного використання води, що скорочують споживання на 40%. У вежі також використовуватиметься "інтелектуальна технологія будівництва" з використанням датчиків для контролю та зниження енергоспоживання. Архітектори з Foster + Partners кажуть, що 97% будівельних матеріалів будівлі, яка раніше стояла на цій ділянці, будуть перероблені або повторно використані. Мешканцям будуть доступні системи фільтрації повітря та безконтактні технології, а також циркадне освітлення, що зводить до мінімуму вплив електричного світла. За даними міської влади, близько 70% викидів парникових газів у Нью-Йорку припадає на будинки. Тим часом, законодавці Нью-Йорка розглядають нові правила в рамках Закону про повністю електричні будівлі. Передбачається, що завдяки новому законопроекту викиди вуглецю скоротяться на мільйони тонн, а мешканці з низьким доходом отримають доступ до недорогої енергії.

Інші цікаві новини:

▪ Нове застосування дисків Blu-ray

▪ Rover Computers знову випускає одношпиндельні ноутбуки

▪ Мікродатчик температури працює від радіохвиль бездротових мереж

▪ У Тибеті збудують детектор гравітаційних хвиль

▪ DVD+RW диски для відеозапису

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори. Добірка статей

▪ стаття Комерційне право. Шпаргалка

▪ стаття Як звали Біллі Кіда? Детальна відповідь

▪ стаття Кайюпутове дерево. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Точкове зварювання на дроселях. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Вхід високого рівня від автомагнітоли до підсилювача. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024