Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Использование низкотемпературной энергии земли

    Грунт поверхностных слоев Земли, грунтовые, подземные воды, водоемы и природные водные потоки являются универсальными источниками рассеянного тепла.

    Теплота грунта.

Грунт аккумулирует солнечную энергию и круглый год подогревается от земного ядра. При этом он способен отдавать тепло круглый год вне зависимости от погоды, так как на глубине уже 5-7 м температура практически постоянна в течение всего года. Это очень подходящие условия для работы теплового насоса. Более того, в верхних слоях земли минимум температуры достигается на пару месяцев позже пика морозов - нужда в интенсивном обогреве к этому времени уменьшается. Необходимая энергия собирается теплообменником, заглубленным в землю, и аккумулируется в носителе, который затем насосом подается в испаритель и возвращается обратно за новой порцией тепла. Съем тепла с каждого метра трубы зависит от многих параметров: глубины укладки, наличия грунтовых вод, качества грунта и других факторов. Ориентировочно можно считать, что для горизонтальных коллекторов теплосъем с поверхностного слоя грунта (сухая глина) q равняется 20 Вт/м; для сухого песка- 10, для влажной глины - 25, для глины с большим содержанием воды - 35 Вт/м. В качестве переносчика энергии грунта используют незамерзающую экологически безвредную жидкость. В литературе ее называют также "рассолом" или антифризом. Это может быть тридцатипроцентный водный раствор этиленгликоля или пропилен гликоля.

      Грунтовый коллектор (горизонтальный) представляет собой длинную трубу, горизонтально уложенную под слоем грунта. Главное достоинство грунтового коллектора - универсальность и простота монтажа. К недостатку можно отнести - большую потребную площадь под коллектор: 25÷50 м2 на 1 кВт мощности.

У горизонтального коллектора температура слоя грунта вокруг труб постепенно снижается, и тем сильнее, чем выше производительность теплового насоса. Она может опускаться ниже нуля, а земной массив даже промерзать. Поэтому особое требование к теплосборнику такое, чтобы грунт успевал за лето набрать запас тепловой энергии и при этом продолжал поставлять эту энергию для подготовки горячей воды.

На рисунке 1.1 показан горизонтальный грунтовый коллектор для ТН.

 

  1 - тепловой насос; 2 - трубопровод, уложенный в земле; 3 – обратная магистраль; 4 - система отопления «теплый пол»; 5 – подающая магистраль;

6 – коллекторный колодец.

Рисунок 10.1- Схема прокладки горизонтальных коллекторов для сбора тепла грунта

 

Он уложен под слой грунта, питающий низкопотенциальной энергией тепловой насос.

Тепловые насосы «вода-вода» используют тепло подпочвенных (грунтовых) вод, открытых водоемов или технологической охлаждающей воды.

     Грунтовые и подземные воды являются хорошим аккумулятором солнечного тепла. Даже в холодные зимние дни они сохраняют постоянную температуру +(7÷12)°С.В этом их преимущество. По причине неизменного температурного уровня источника тепла коэффициент преобразования энергии (КПЭ) теплового насоса остается высоким в течение всего года. Теплота окружающего воздуха, солнечной энергии и вентиляционных выбросов также используются как источники низкопотенциальной теплоты для теплового насоса.

    Атмосферный воздух с температурой от – 15 до +15 ºС, сбросный воздух производственных помещений с температурой (15 ÷ 25 ºС)  также может быть источником низкопотенциального тепла для ТН.

 

10.2 Тепловые насосы. Принцип работы, примеры использования

Тепловым насосом называется техническое устройство, позволяющее трансформировать теплоту с низкого температурного уровня на более высокий уровень. Основными элементами теплового насоса являются компрессор, конден­сатор, испаритель и дроссель (регулирующий вентиль). Они взаимосвязаны между собой системой трубопроводов для осуществления кругового движения рабочего тела.

Тепловые насосы предназначены преимущественно для получения горячей воды, воздуха, пригодных для отопления, горячего водоснабжения и других целей. Необходимым условием для применения ТН является наличие низкотемпературного источника теплоты, по температурным параметрам не пригодного для использования в качестве греющей среды на вышеуказанные цели.

В настоящее время определилось два основных принципиальных направления в развитии ТН:

- парокомпрессионные тепловые насосы (ПТН);

- абсорбционные тепловые насосы (АТН).

Существуют различные типы ПТН. По использованию низкотемпературного источника теплоты и нагреваемой среды ПТН подразделяются на типы: «вода-вода», «воздух-вода», «воздух-воздух», «вода-воздух». По типу используемого компрессорного оборудования на спиральные, поршневые, винтовые и турбокомпрессорные. По виду привода компрессора - на электроприводные, с приводом от двигателя внутреннего сгорания, газовой или паровой турбины.

    Парокомпрессионные тепловые насосы ПТН для осуществления термодинамических циклов потребляют механическую и электрическую энергию. Принципиальная схема компрессионного теплового насоса и и обратный круговой цикл, совершаемый им в t-I диаграмме изображены на рисунке 2.1. Сущность работы ПТН состоит в следующем.

 

К- компрессор; КД-конденсатор; П- переохладитель; РТ – регенеративный теплообменник; РУ – регулирующее устройство; И – испаритель

Рисунок 10.2 - Принципиальная схема парокомпрессионного теплового насоса

 

    В испарителе И теплового насоса низкопотенциальное тепло при температуре  отбирается от источника НПИТ и передается рабочему телу теплового насоса (фреону), обладающей низкой температурой кипения. Охлажденный низкотемпературный теплоноситель при температуре  возвращается обратно в источник низкопотенциального тепла.

       Пары фреона из испарителя непрерывно поступают в компрессор К в результате отсасывания и проходят через регенеративный теплообменник РТ. В регенеративном теплообменнике пары нагреваются в результате теплообмена с протекающим внутри труб жидким фреоном.

Подогретые пары фреона сжимаются компрессором до давления,  определяемого давлением в конденсаторе  и направляются  в трубчатую поверхность конденсатора теплового насоса. Повышение давления пара приводит к повышению его температуры, и тепло пара на нужном температурном уровне  в конденсаторе передается теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения. Для замыкания термодинамического цикла, совершаемого рабочим телом, жидкий фреон после конденсации поступает в переохладитель, где охлаждается в результате теплообмена с обратной водой теплосети.

    В дальнейшем жидкий фреон претерпевает переохлаждение в результате теплообмена с парами фреона, движущихся из испарителя в компрессор и подвергается дросселированию в регулирующем устройстве РУ до начального давления. При этом жидкий фреон охлаждается до температуры ниже источника низкопотенциального тепла, и снова поступает в испаритель. Отсюда видно как в тепловом насосе осуществляется преобразование  тепловой энергии с низкого температурного уровня на более высокий уровень и передается потребителю. При этом компрессор может иметь либо механический либо электрическая привод.

    Аналогично холодильным установкам, определяющими энергетическими характеристиками теплового насоса являются: теплопроизводительность конденсатора , кВт; тепловая нагрузка испарителя (холодопроизводительность) , кВт; потребляемая мощность привода компрессора , кВт.

Для сравнения эффективности различных типов тепловых насосов введен общий показатель. Таким показателем является удельный расход топлива на выработку теплоты или коэффициент использования теплоты.

Такой подход правомерен ещё и потому, что в Казахстане  базовыми электростанциями являются тепловые, работающие на органическом топливе. Энергетическая эффективность работы парокомпрессионного теплового насоса характеризуется коэффициентом преобразования энергии КПЭ:

                                               (10.1)

    где - произведенная теплота;

              =   - мощность в тепловом эквиваленте, или механическая энергия затраченная на привод компрессора.

       Степень термодинамического совершенства энергетиче­ских установок определяется эксергетическим КПД:

                             (10.2)

    где  - удельная затрата работы в идеальном круговом цикле ТН;

- температура источника низкого потенциала, К;

       - температура приемника тепла (потребителя теплоты), К.

    Значение коэффициента преобразования энергии может меняться от 2 до 7, а эксергетический КПД теплового насоса  может составлять 25÷70%.  Он характеризует качество произведенной теплоты и степень отклонения реального термодинамического процесса от идеального. Как показывают оценки, применение теплонасосных систем теплоснабжения становится эффективным при среднегодовом 2,3÷2,7.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...