Реферат на тему: Дослідження ефективності використання теплових насосів в системах теплопостачання житлових і бюджетних будівель
Зміст
- Вступ
- 1. Мета і задачі
- 2. Огляд досліджень
- 2.1 Використання плоских сонячних колекторів
- 2.2 Використання стічних вод
- 2.3 Використання термосифона
- 2.4 Використання теплообмінника
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
На фоні тотального настання теплих будівель і теплових насосів в Америці, Азії і Європі Україна виглядає островом холодних будівель і застарілих котельних і ТЕЦ. Швидке і постійне зростання цін на природний газ протягом багатьох років зробило економічно неспроможними системи централізованого теплопостачання України. У слідство чого газ почав витісняти себе самого - спочатку з промисловості, а потім і з ЖКХ. Високі ціни на природний газ зробили економічно доцільними велика кількість проектів його заміщення місцевим паливом і енергією. Одним з вельми перспективних напрямів є масова модернізація будівель і систем теплопостачання.
1. Мета і задачі
Метою дослідження є розробка більш ефектівного використання теплових насосів, яке дозволить істотно зменшити теплові втрати в житлових і бюджетних будівлях.
3. Огляд досліджень
Для зменшення теплових втрат в житлових і бюджетних будинках застосовуються такі рішення:
2.1 Використання плоских сонячних колекторів
Сонячні колектора збирають теплову енергію Сонця і нагрівають матеріал-теплоносій. Цей пристрій личить для вирішення цілого ряду побутових і виробничих завдань: для гарячого водопостачання, опалювання будівлі, підігрівання води в басейні.
Сонячні колектори бувають вакуумні і плоскі.
У даному дослідженні використовується плоский сонячний колектор.
Плоский сонячний колектор – найбільш поширений тип. Він складається з алюмінієвого корпусу, усередині якого розташовано селективне покриття, трубки віддають тепло і в них циркулює теплоносій. Бічні стінки і дно колектора мають ізоляційний шар, який зменшує тепловтрати в довкілля. Сонячне світло проходить через скління і потрапляє на поглинаючу пластину, яка нагрівається, перетворюючи сонячну радіацію на теплову енергію. Це тепло передається теплоносію - воді або антифризу, циркулюючому через сонячний колектор. Теплоносій нагрівається і віддає потім теплову енергію через теплообмінник воді в ємкісному водонагрівачі. У ньому гаряча вода знаходиться до моменту її використання. Також в ємкісному водонагрівачі можна встановити електричну вставку, щоб в разі пониження температури нижче встановленою (наприклад, із-за тривалої похмурої погоди) вона догрівала воду до заданої температури. Принцип роботи установки наступний: завдяки розташуванню плоского колектора 1 над верхнім рівнем бака-акумулятора 2 на висоті 0,3 - 0,6 м-коду гаряча вода з плоского колектора 1 в бак-акумулятор 2 перетікає як під гідродинамічним натиском, так і під впливом термодифузії. Перед запуском установки, заповнюють холодною водою бак-акумулятор 2, труби з'еднують бак-акумулятор 2 з плоским колектором 1. Потім закривають всі вентилі. У літній час, починаючи з 8.00 ранку вода починає нагріватися в плоскому колекторі 1. Через 2-3 години після безперервного опромінення поверхні плоского колектора і підігрівання води в нім відкривають вентилі 7 і 8 і підігріта вода з верхньої частини колектора 4, поступає в бак-акумулятор 2, звідти в трубу для подачі холодної води 3. Процес циркуляції води між баком-акумулятором 2 і плоским колектором 1 триває до підвищення температури в нижній частині бака-акумулятора 2 і на вході труби для подачі холодної води 3 в плоский колектор 1, до 65 - 80 °С (338,15 - 353,15 До) (в деяких випадках до 85 - 90 °С (358,15 - 363,15 До)). Після досягнення цих температур, відкривають вентиль 9 і гаряча вода поступає до споживача (і далі в разі) опалювання - в радіатори приміщення. Лінію для подачі гарячої води, за допомогою термосифонних циркуляції води, приєднують до бічної поверхні бака-акумулятора 2 на відмітці 3/4 його висоти від нижньої основи.
Рисунок 1 – Схема роботи сонячного колектора
1 - плоский колектор; 2 – бак-акумулятор з дозатором; 3 - труба для подачі холодної води; 4 - труба для подачі гарячої води; 5 - резервуар для запасної води; 6 - вентиляційна труба; 7 - 11 – вентилі, 12 - лінія зливу води.
2.2 Використання стічних вод
Використання тепла каналізаційних стоків може скоротити витрату енергетичних для палива ресурсів і зменшити кількість викидів забруднюючих речовин.
Стоки в житлових будівлях – це секундно-відпрацьована вода від душей умивальників, унітазів і так далі. Кількість і температура (біля 20°С) стоків залишаються постійними протягом року, це робить їх зручними для використання як низькотемпературне теплоджерело для теплового насоса.
Завданням дослідження є визначення ефективності використання теплонасосного устаткування, що працює від тепла стоків для компенсації теплопотребності системи опалювання. А також у визначенні за допомогою нормативної, технічної літератури, кількості стоків, їх температури, порівнянні кількості тепла, вироблюваного ТН з теплопотребностью системи опалювання.
2.3 Огляд локальних джерел
У герметично закритій трубі, з якої відкачано повітря, поміщена невелика кількість рідини. В межах температур 80-150 °С зазвичай як робоча рідина (теплоносія) використовується вода. При нагріванні нижнього кінця такої труби (зона випару) відбувається випар рідини і пар піднімається до холодного кінця (зона конденсації), де і конденсується. Конденсат під дією гравітаційних сил повертається по стінках труби в зону випару. За певних умов цей процес може відбуватися скільки завгодно довго. Таким чином за рахунок прихованої теплоти парообразованіяl [кДж/кг] відбувається процес теплопередачі. Оскільки прихована теплота паротворення велика, то навіть при малій різниці температур між кінцями термосифону він може передавати значну кількість теплоти.
2.4 Використання теплообмінника
Теплообменник— пристрій, в якому здійснюється теплообмін між двома теплоносіями, що мають різні температури.
Теплообменик типа труба в трубі відноситься до поверхневих теплових апаратів. Полягає він з декількох зв'язаних між собою ланок, а кожна ланка складається з двох труб, між якими і відбувається поверхневий (через стінки) теплообмін. Теплообмінник типа труба в трубі є простою, теплоносіями в нім можуть бути як пари і гази, так і рідини. Такий апарат при безлічі достоїнств майже не має недоліків.
Теплообмінник «труба в трубі» включають декілька розташованих один над одним елементів, причому кожен елемент складається з двох труб: зовнішньої труби більшого діаметру і концентрично розташованою внут-рі її труби меншого діаметру. Внутрішньо труби елементів сполучені один з одним послідовно; так само зв'язані між собою зовнішні тру-б. Для можливості очищення внутрішньо труби з'єднуються за допомогою знімних калачів.
Завдяки невеликому поперечному перетину в цих теплообмінниках легко досягаються високі швидкості теплоносіїв в як в трубах, так і в міжтрубному просторі. При значних кількостях теплоносіїв теплообмінник складають з декількох паралельних секцій, що приєднуються до загальних колекторів.
Теплообмінники «труба в трубі» можуть використовуватися, як для нагрівання, так і для охолоджування. Нагрівання зазвичай виробляється або гарячою водою або насиченою водяною парою, яка запускається в міжтрубний простір і конденсується на поверхні внутрішньої труби.Використання водяної пари як гріючий агент має наступні достоїнства:
- високий коефіцієнт тепловіддачі;
- велика кількість тепла, що виділяється при конденсації пари;
- рівномірність обігріву, оскільки конденсація пари відбувається при постійній температурі;
- легке регулювання обігріву.
При охолоджуванні в теплообмінниках «труба в трубі» як хладоагента може використовуватися річкова або артезіанська вода, а у випадку, коли потрібно отримати температуру нижче 5-20°С застосовують холодильні рассоли (водні розчини СаСl2, Nacl, і ін.).
Висновки
У Україні довгий час основним ворогом систем централізованого теплопостачання був звичайний двоконтурний газовий котел. Основним руйнівником централізованих систем теплопостачання з 2015 року, напевно, стане не квартирний котел, а тепловий насос. Саме цій технології призначено поставити хрест на прямому спалюванні палива для теплопостачання. Як двигун внутрішнього згорання свого часу змінив паровий двигун, так теплові насоси сьогодні витісняють з ринків котли.
При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2014 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.
Перелік посилань
- 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).