Реферат на тему:Исследование эффективности использования тепловых насосов в системах теплоснабжения жилых и бюджетных зданий
Содержание
- Введение
- 1. Цель и задачи
- 2. Обзор исследования
- 2.1 Использование плоских солнечных коллекторов
- 2.2 Использование сточных вод
- 2.3 Использование термосифона
- 2.4 Использование теплообменника
- Выводы
- Список источников
Введение
На фоне тотального наступления тёплых зданий и тепловых насосов в Америке, Азии и Европе Украина выглядит островом холодных зданий и устаревших котельных и ТЭЦ. Быстрый и постоянный рост цен на природный газ в течение многих лет сделал экономически несостоятельными системы централизованного теплоснабжения Украины. В следствие чего газ начал вытеснять себя сам - сначала из промышленности, а затем и из ЖКХ. Высокие цены на природный газ сделали экономически целесообразными большое количество проектов его замещения местным топливом и энергией. Одним из весьма перспективных направлений является массовая модернизация зданий и систем теплоснабжения.
1. Цель и задачи
Целью исследования является разработка более эфективного использования тепловых насосов, которое позволит существенно уменьшить тепловые потери в жилых и бюджетных зданиях.
2. Обзор исследования
Для уменьшения тепловых потерь в жилых и бюджетных домах применяются такие решения:
2.1 Использование плоских солнечных коллекторов
Солнечные коллектора собирают тепловую энергию Солнца и нагревают материал-теплоноситель. Это устройство подходит для решения целого ряда бытовых и производственных задач: для горячего водоснабжения, отопление здания, подогрева воды в бассейне.
Солнечные коллекторы бывают вакуумные и плоские.
В данном исследовании используется плоский солнечный колектор.
Плоский солнечный коллектор – наиболее распространенный тип. Он состоит из алюминиевого корпуса, внутри которого расположено селективное покрытие, трубки отдают тепло и в них циркулирует теплоноситель. Боковые стенки и дно коллектора имеют изоляционный слой, который уменьшает теплопотери в окружающую среду.Солнечный свет проходит через остекление и попадает на поглощающую пластину, которая нагревается, превращая солнечную радиацию в тепловую энергию. Это тепло передается теплоносителю - воде или антифризу, циркулирующему через солнечный коллектор. Теплоноситель нагревается и отдает затем тепловую энергию через теплообменник воде в емкостном водонагревателе. В нем горячая вода находится до момента ее использования. Также в емкостном водонагревателе можно установить электрическую вставку, чтобы в случае понижения температуры ниже установленной (например, из-за продолжительной пасмурной погоды) она догревала воду до заданной температуры. Принцип работы установки следующий: благодаря расположению плоского коллектора 1 над верхним уровнем бака-аккумулятора 2 на высоте 0,3 - 0,6 м горячая вода из плоского коллектора 1 в бак-аккумулятор 2 перетекает как под гидродинамическим напором, так и под воздействием термодиффузии. Перед запуском установки, заполняют холодной водой бак-аккумулятор 2, трубы зъъеднують бак-аккумулятор 2 с плоским коллектором 1. Потом закрывают все вентили. В летнее время, начиная с 8.00 утра вода начинает нагреваться в плоском коллекторе 1. Через 2-3 часа после непрерывного облучения поверхности плоского коллектора и подогрева воды в нем открывают вентили 7 и 8 и подогретая вода из верхней части коллектора 4, поступает в бак-аккумулятор 2, оттуда в трубу для подачи холодной воды 3. Процесс циркуляции воды между баком-аккумулятором 2 и плоским коллектором 1 длится к повышению температуры в нижней части бака-аккумулятора 2 и на входе трубы для подачи холодной воды 3 в плоский коллектор 1, до 65 - 80 °С (338,15 - 353,15 К) (в некоторых случаях до 85 - 90 °С (358,15 - 363,15 К)). После достижения этих температур, открывают вентиль 9 и горячая вода поступает к потребителю (и дальше в разе) отопления - в радиаторы помещения. Линию для подачи горячей воды, с помощью термосифонных циркуляции воды, присоединяют к боковой поверхности бака-аккумулятора 2 на отметке 3/4 его высоты от нижней основы.
Рисунок 1 – Схема работы солнечного коллектора
1 - плоский коллектор; 2 – бак-аккумулятор с дозатором; 3 - труба для подачи холодной воды; 4 - труба для подачи горячей воды; 5 - резервуар для запасной воды; 6 - вентиляционная труба; 7 - 11 – вентили, 12 - линия слива воды.
2.2 Использование сточных вод
Использование тепла канализационных стоков может сократить расход топливо-энергетических ресурсов и уменьшить количество выбросов загрязняющих веществ.
Стоки в жилых зданиях – это секундно-отработавшая вода от душей рукомойников, унитазов и т.д. Количество и температура (около 20°С) стоков остаются постоянными в течении года, это делает их удобными для использования в качестве низкотемпературного теплоисточника для теплового насоса.
Задачей исследования является определение эффективности использования теплонасосного оборудования, работающего от тепла стоков для компенсации теплопотребности системы отопления. А также в определении с помощью нормативной,технической литературы, количества стоков, их температуры, сравнении количества тепла, производимого ТН с теплопотребностью системы отопления.
2.3 Использование термосифона
В герметично закрытой трубе, из которой откачан воздух, помещено небольшое количество жидкости. В пределах температур 80-150 °С обычно в качестве рабочей жидкости (теплоносителя) используется вода. При нагревании нижнего конца такой трубы (зона испарения) происходит испарение жидкости и пар поднимается к холодному концу (зона конденсации), где и конденсируется. Конденсат под действием гравитационных сил возвращается по стенкам трубы в зону испарения. При определенных условиях этот процесс может происходить сколь угодно долго. Таким образом за счет скрытой теплоты парообразованияL [кДж/кг] происходит процесс теплопередачи. Так как скрытая теплота парообразования велика, то даже при малой разности температур между концами термосифона он может передавать значительное количество теплоты.
2.4. Использование теплообменника
Теплообменник— устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры.
Теплообменик типа труба в трубе относится к поверхностным тепловым аппаратам. Состоит он из нескольких связанных между собой звеньев, а каждое звено состоит из двух труб, между которыми и происходит поверхностный (через стенки) теплообмен. Теплообменник типа труба в трубе является простейшим, теплоносителями в нем могут быть как пары и газы, так и жидкости. Такой аппарат при множестве достоинств почти не имеет недостатков.
Теплообменник «труба в трубе» включают несколько расположенных друг над другом элементов, причем каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы большего диаметра и концентрически расположенной внут-ри нее трубы меньшего диаметра. Внутренне трубы элементов соединены друг с другом последовательно; так же связаны между собой наружные тру-бы. Для возможности очистки внутренне трубы соединяются при помощи съемных калачей.
Благодаря небольшому поперечному сечению в этих теплообменниках легко достигаются высокие скорости теплоносителей в как в трубах, так и в межтрубном пространстве. При значительных количествах теплоносителей теплообменник составляют из нескольких параллельных секций, присоединяемых к общим коллекторам.
Теплообменники «труба в трубе» могут использоваться, как для нагревания, так и для охлаждения. Нагревание обычно производится или горячей водой или насыщенным водяным паром, который запускается в межтрубное пространство и конденсируется на поверхности внутренней трубы.Использование водяного пара в качестве греющего агента имеет следующие достоинства:
- высокий коэффициент теплоотдачи;
- большое количество тепла, выделяемое при конденсации пара;
- равномерность обогрева, так как конденсация пара происходит при постоянной температуре;
- легкое регулирование обогрева.
При охлаждении в теплообменниках «труба в трубе» в качестве хладоагента может использоваться речная или артезианская вода, а в случае, ко-гда требуется получить температуру ниже 5-20°С применяют холодильные рассолы (водные растворы СаСl2, NaCl, и др.).
Выводы
В Украине долгое время основным врагом систем централизованного теплоснабжения являлся обычный двухконтурный газовый котёл. Основным разрушителем централизованных систем теплоснабжения с 2015 года, наверное, станет не квартирный котёл, а тепловой насос. Именно этой технологии суждено поставить крест на прямом сжигании топлива для теплоснабжения. Как двигатель внутреннего сгорания в своё время сменил паровой двигатель, так тепловые насосы сегодня вытесняют с рынков котлы.
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2014 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.
Список источников
- Дан П. Рей Д. Тепловые трубы. – М.: Энергия, 1979.
- Юшков П. П. Функции Бесселя и их приложение к задачам об охлаждении цилиндров. АН БССР, Мн. 1962.
- Лыков А. В. Теория теплопроводности. – М.: Гостехиздат, 1952.
- Ивановский М. Н и др. Физические основы тепловых труб. – М.: Атомиздат, 1978.
- В.Ф. Гершкович. Исследование работы теплового насоса, использующего теплоту грунта и канализационных стоков, в системе горячего водоснабжения. Энергосбережение в зданиях №3-2007 (№34).