Главная Обратная связь

Дисциплины:






Опалення за допомогою теплових насосів



 

Використання теплових насосів для опалення є способом, альтернативним іншим способам, таким як спалювання органічного палива|пального|, центральне парове або водяне опалення, електрообігрів і ін.

Тепловим насосом (ТН|) називається машина, яка поглинає низькопотенційну| теплоту із|із| зовнішнього середовища|середи| (ґрунту, води або повітря) і передає її в систему теплопостачання споживачів у вигляді нагрітої води.

 
 

У роботу закладена схема роботи холодильного контура і використання фреону як хладагента|. Схематично робота теплової помпи представлена|уявлена| на рис.8.3.

 
 
1 – насос гріючого середовища|середи|; 2 – тепловий насос; 3 – циркуляційний насос; 4 – підігрівач гарячої води; 5 – буферна ємкість|місткість|; 6 – подаючий насос; 7 – нагрівальні прилади Рисунок 8.3 -Схема використання теплового насоса для опалення і гарячого водопостачання

 

 


Основними компонентами ТН| є|з'являються,являються|: випарник, компресор, конденсатор і дросельний клапан. Через дросельний клапан рідкий фреон при температурі біля -10 °С і тиску|тисненні| 3.5 бар поступає|надходить| у випарник. У випарнику фреон «забирає» тепло з|із| первинного джерела (наприклад, грунтова вода або зовнішнє повітря). При цьому фреон переходить в пароподібний стан|достаток|, а температура підвищується до -3 °С. Після|потім| цього пароподібний фреон поступає|надходить| в компресор, де стискається|стискується| до 24 бар, а його температура підвищується до +70 °С. Далі фреон прямує на конденсатор, де переходить в рідкий стан|достаток|, охолоджуючись до +42 °С і віддаючи тепло в систему опалення або гарячого водопостачання. Після|потім| конденсатора рідкий фреон поступає|надходить| на дросельний клапан, де в результаті|унаслідок,внаслідок| того, що дроселюється поток, тиск|тиснення| фреону знижується до первинних 3.5 бар, а температура до -10 °С. На цьому цикл замикається і повторюється знову.

Джерелами низькотемпературного тепла для теплових насосів можуть бути|з'являтися,являтися| природне тепло, що міститься|утримується| в зовнішньому повітрі, поверхневих|поверхових,зверхніх| і підземних водах, грунті і ін., а також тепло антропогенного походження — гази, що видаляються|знищуються,віддаляються| з|із| різних процесів, і рідини. При цьому чим більше температура джерела тепла, тим вище коефіцієнт перетворення теплових насосів, тобто їх енергетична ефективність, і тим нижче капітальні витрати|затрати| на устаткування|обладнання|.

Слід зазначити, що|слід відзначити , що,следует отметить | в деяких випадках теплові насосні установки доцільно використовувати комбіновано для теплохолодопостачання| (наприклад, взимку — теплом, влітку — холодом) шляхом перемикання відповідним чином випарника і конденсатора. Такі установки називають термотрансформаторами| і в даний час|нині| застосовують для кондиціонування повітря і ін.



Сучасні ТН| практично безшумні в роботі, не порушують загальний|спільний| дизайн кімнати, тому можуть бути встановлені|установлені| безпосередньо в житлових приміщеннях|помешканнях|. Перевагою ТН| над опалювальними котлами є абсолютна екологічність. Вони не викидають в атмосферу ніяких|жодних| шкідливих або парникових газів, а хладагент|, який в них використовується, є|з'являється,являється| безпечним для здоров'я людини.

У промисловості та у житлово-комунальному господарстві як джерело теплоти для роботи теплових насосів можуть бути використані наступні види теплових вторинних енергетичних ресурсів:

- теплота охолоджуючої води парових турбін теплових і атомних електростанцій, промислових печей, компресорних установок, апаратів хімічної технології. Часто ця вода використовується повторно і направляється на охолодження в градирні та апарати повітряного охолодження;

- теплота стічних вод різних промислових підприємств і підприємств житлово-комунального господарства (лазні, пральні, басейни);

- теплота продуктів згоряння в котельних установках і промислових печах, а також печах по спалюванню твердих і рідких відходів;

- теплота продуктів згоряння в газотурбінних установках і дизельних двигунах;

- теплота водяної пари низького тиску, що викидається в атмосферу (випар);

- теплота відпрацьованого сушильного агента в сушильних установках;

- теплота гарячих розчинів у випарних і ректифікаційних установках;

- теплота мастила, що використовується в турбінах електростанцій і в електричних трансформаторах;

- теплота повітря, що відходить із систем вентиляції і кондиціонування повітря житлових, адміністративних і промислових будинків;

- теплота витяжного повітря станцій метрополітену і повітря каналів метро.

Для роботи теплових насосів можуть бути використані також наступні природні джерела теплоти:

- теплота зовнішнього повітря (при позитивних температурах);

- вода природних і штучних водойм (рік, озер, морів);

- тепло геотермальних джерел;

- теплота ґрунту, яку одержують за допомогою спеціальних трубчастих теплообмінників;

- теплота підземних вод;

- тепло, яке одержують в результаті використання сонячної енергії.

Низькопотенційну теплоту вторинних енергетичних ресурсів можна використовувати безпосередньо при використанні теплообмінних апаратів, наприклад, для підігріву приточного вентиляційного повітря, попереднього підігріву повітря, що направляється в топкові пристрої, підігріву сушильного агента в установках для сушіння матеріалів і т.д., однак далеко не завжди це реально на практиці.

Теплота підвищеного потенціалу, що одержується в теплових насосах, має більш широкі області застосування. Крім зазначених областей споживання вона може використовуватися також на опалення, гаряче водопостачання, підігрів технологічних газів і рідин в апаратах хімічної технології, випарних, перегінних і ректифікаційних установках, у процесах варіння, при рекомпресії пари.

Найбільше доцільно застосовувати ТН у наступних випадках:

- є стабільне у часі джерело теплоти з температурою 10-50°С.

- є споживач теплоти з температурою 60 - 120°С. У багатьох випадках саме відсутність споживача теплоти ускладнює застосування теплових насосів.

- існує джерело недорогої електричної енергії при дефіциті тепла.

- якщо різниця між температурами джерела і споживача - невелика. У цьому випадку тепловий насос має великий коефіцієнт перетворення.

- якщо джерелом теплоти є гаряча вода або пара, що конденсується, або парогазова суміш. Ці теплоносії, на відміну від повітря, мають високий коефіцієнт тепловіддачі, що забезпечує малі габарити випарника теплового насоса.

- якщо необхідне одночасне виробництво теплоти і холоду. Наприклад, охолодження молочних продуктів і опалення цеху.

- якщо в літню пору тепловий насос можна використовувати в системі кондиціонування, а в зимову - у системі опалення.

Розглянемо деякі схеми, у яких можуть бути використані теплові насоси.

При опаленні геотермальними теплонасосами, попросту кажучи, зовнішній блок закопується у ґрунт або занурюється у водойму поряд з будинком. При цьому, незалежно від температури повітря на подвір`ї, зовнішній блок залишається вільним від льоду, ефективність теплопередачі залишається високою.

Рисунок 8.4 - Опалення будинку геотермальними теплонасосами

 

Принцип дії опалення геотермальними теплонасосами ґрунтується на зборі тепла з ґрунту або води, і передачі зібраного тепла опаленню будинку (рис. 8.34).

Для збору тепла незамерзаюча рідина тече по трубі, розташованій у ґрунті або водоймі біля будинку, і надходить до теплового насосу. Теплонасос, подібно холодильнику, охолоджує незамерзаючу рідину (відбирає тепло), при цьому рідина охолоджується орієнтовно на 5 °С. Рідина знову тече по трубі у ґрунті або воді, відновлює свою температуру і надходить до теплонасосу. Відібрані тепловим насосом градуси передаються системі опалення та/або на підігрів гарячої води.

Можливо відбирати тепло у підземної води - підземна вода з температурою біля 10 °С подається зі свердловини до теплонасосу, який охолоджує воду до +1...+2°С, і повертає воду під землю.

При кондиціонуванні геотермальний тепловий насос працює у зворотному напрямку, переносячи тепло з будинку в ґрунт або водойму.

Теплова енергія є в будь-якого предмету, що має температуру вище за мінус двісті сімдесят три градуси Цельсія. Тобто тепловий насос може відібрати тепло у будь-якого предмету - землі, водойми, льоду, підземної скали, води тощо.

В кліматичних умовах України для опалення будинку енергія береться з ґрунту (або водойми) та віддається до системи опалення будинку. Якщо ж будинок, наприклад влітку, потрібно охолоджувати, то відбувається зворотній процес - тепло забирається з будинку та скидається у землю (водойму). Той самий тепловий насос може працювати взимку на опалення, а влітку на охолодження будинку. Вочевидь, що тепловий насос одночасно може виконувати витікаючи функції - гріти воду для гарячого водопостачання, кондиціонувати, гріти басейн, охолоджувати наприклад льодовий каток, підігрівати дахи і доріжки від льоду тощо. Тобто єдиний пристрій може взяти на себе усі функції по тепло-холодопостачанню будинку або комплексу будівель.

Обмін теплом із навколишнім середовищем геотермальні теплові насоси здійснюють такими основними способами:

- насос з відкритим циклом (рис.8.5) - з підземного потоку (пливуна) забирається чиста вода, подається до розташованого в будинку теплового насосу, вода віддає/забирає тепло у теплового насосу, і повертається до підземного потоку на відстані від міста забору. Плюсом такого способу є можливість одночасного використання підземної води для водопостачання будинку. Такі системи є дуже ефективними, адже температура підземної води є відносно високою і цілорічно стабільною. Використання підземної води не шкодить ґрунтовим водам, не змінює рівня ґрунтових вод у водному горизонті, оскільки відкриту систему можна розглядати як сполучені посудини, де вода, відбираєма з однієї свердловини, повертається на своє місце через другу свердловину. Коректно, у відповідності з нормативами споруджені свердловини забезпечують безпечну для оточуючої природи стабільну роботу системи опалення.

Рисунок 8.5 – робота теплового насосу насос з відкритим циклом

 

- насос з закритим циклом і водорозташованим теплообмінником (рис. 8.6) - спеціальна рідина (теплоносій) прокачується по колекторам (трубкам), що знаходяться у водоймі, та віддає/забирає тепло у водойми. Будинки доцільно опалювати енергією відкритої водойми в тому випадку, якщо будинок знаходиться від водойми ближче 100 метрів, і глибина водойми, а також берегова лінія відповідає вимогам, потрібним для облаштування колектору. Плюсом такого способу є відносна дешевизна.

-

Рисунок 8.6 - Схема роботи теплового насосу з закритим циклом і водорозташованим теплообмінником

Розподілені на поверхні озера колектори (трубки) перед заповненням теплоносієм та зануренням їх на дно.

- насос з закритим циклом і горизонтальним теплообмінником (рис. 8.7), розташованим у ґрунті - трубки, в яких прокачується теплоносій, розташовані горизонтально на глибині не менш одного метра від поверхні ґрунту. Такий теплообмінник зазвичай звуть поверхневим колектором. Головною загрозою є необережність при проведенні землекопних робіт у зоні находження поверхневого колектора. Для сучасного будинку з опалювальною площею в 200 м2 під колектор потрібно біля 500 м2 поверхні ґрунту. При облаштуванні колектору поблизу дерев трубу колектора не слід укладати ближче, ніж 1,5 метра від крони. Правильно обраний по розмірам і правильно укладений ґрунтовий колектор не впливає на ріст рослин та екологічні умови.

 

Рисунок 8.7 – Схема роботи насоса з закритим циклом і горизонтальним теплообмінником

- насос з закритим циклом і вертикальним теплообмінником (рис. 8.8) - трубки, в яких прокачується теплоносій, розташовані вертикально у ґрунті та спрямовані у глибину землі до 200 метрів (зазвичай 50 - 100 метрів). Такий теплообмінник зазвичай звуть зондом. Як відомо, на глибині 15-20 м від поверхні земля має стабільну температуру 10-12 градусів Цельсія незалежно від пори року. Із збільшенням глибини температура землі підвищується. Цей спосіб забезпечує найбільш високу ефективність роботи теплонасосу, малі витрати електроенергії та дешеве тепло - 1 кВт електроенергії забезпечує до 5 кВт теплової енергії, але має більші початкові капіталовкладення.

 

Рисунок 8.8 – Схема роботи насосу з закритим циклом і вертикальним теплообмінником

 

Теплові насоси, що забирають/віддають тепло з землі або води, в Європі зазвичай звуть "геотермальні теплові насоси", або англійською «geothermal heat pumps» - «GHP». Всі зображені вище способи використовують GHP. В деяких країнах такі теплові насоси мають інші назви. Наприклад у Великобританії до GHP відносять лише насоси з вертикальним теплообмінником, а інші способи звуть "землерозташованими", "ґрунтовими" або "сонячними" теплонасосами. У Західній Україні "теплові насоси" інколи звуть "теплові помпи". Різниця у назвах не змінює суті роботи геотермальних теплових насосів/помп.


РОЗДІЛ 9

ВОДЕНЬ ЯК ПАЛИВО|ПАЛЬНЕ|

 

Водень, на відміну від викопних видів палива|пального|, не містить|утримує| атомів вуглецю і тому не утворює двоокису вуглецю (СО2|). Проте|однак| водень також може забруднювати навколишнє середовище, оскільки|тому що| при його згоранні|згорянні| відбувається|походить| перегруповування молекул повітря, при якій утворюється окиси азоту і озон. Проблема, пов'язана з масовим серійним виробництвом компактних паливних елементів для легкових і вантажних автомобілів, ще до кінця не вирішена|рішена,розв'язана|, проте|однак| вже зараз можна було б почати|розпочати,зачати| виробництво великогабаритних елементів, що забезпечують роботу промислових підприємств і електростанцій.

Теоретично водень можна було б отримувати|одержувати| з|із| води, використовуючи для цього енергію сонця або вітру. Проте|однак|, навіть при найоптимістичніших прогнозах, пов'язаних з вдосконаленням таких технологій, витрати|затрати| на виробництво електроенергії, необхідної для розділення|поділу| молекул води на молекули водню і кисню в даний час|нині| надзвичайно великі. Тому перші установки для великомасштабного виробництва водню будуть виробляти його з|із| традиційних видів палива|пального|.

Таку технологію можна було б, наприклад, успішно застосовувати в Китаї, де стрімке зростання|зріст| виробництва і величезні природні запаси вугілля загрожують|погрожують| викликати|спричинити| катастрофічне забруднення атмосфери вуглекислим газом.

Водень одержують шляхом електролізу води. У газоподібному виді він може бути переданий на відстань і спалений для одержання теплової енергії. При згорянні утвориться вода і ніякі забруднюючі речовини. Ефективність електролізу- 60% через утворення пухирців газу поблизу електродів, що перешкоджає переміщенню іонів і збільшує електричний опір. Застосування в якості електродів пористих матеріалів збільшує ефективність електролізу до 80%.

Водень з води одержують при високотемпературному нагріванні. При цьому електричний потенціал, необхідний для розкладання води, знижується.

Доцільна заміна електроенергії розкладання води теплом від дешевого джерела, наприклад, сонячного випромінювання.

Як електроліт для одержання водню може бути морська вода. Складність виникає через виділення хлору на кисневому електроді. Чистий водень можна одержати, якщо підтримувати на електролізному осередку 1,8 В, але це знижує щільність і веде до збільшення площі електродів.

В даний час досліджуються й інші способи одержання водню, наприклад, шляхом використання деяких видів водоростей, що фотосинтезують водень.

Складності існують при збереженні водню через великий обсяг сховищ і низкою температури кипіння (20 К) зрідженого водню.

Можливо його хімічне акумулювання у виді металлогидридов з яких він витягається при нагріванні до 50 0С, що зручно в експлуатації і дозволяє зберігати великі запаси водню. Металлогидрид FeTіН1,7 при нагріванні виділяє Н2, а в самому гідриді зміст водню зменшується. Ця реакція оборотна, тому гидридные акумулятори можна подзаряжать на заправних станціях. При зарядці виділяється тепло, яких можна використовувати в місцевих тепломережах. Гидридные акумулятори можуть бути використані як паливні баки.

Водень можна передавати по трубопроводах або використовувати безпосередньо для одержання електроенергії в паливних елементах.

Водень одержують розкладанням аміаку NH3 на азот N2 і водень Н2 при більш низьких температурах, чим воду. Сполучення теплового двигуна для спалювання водню і сонячного тепла для перетворення аміаку дозволяє одержувати електроенергію.


 

РОЗДІЛ 10





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...