О новом способе работы тепловой насосной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

О новом способе работы тепловой насосной установки

Абиров А.А.

В настоящее время поиск эффективных технологий использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) входит в круг интересов практически всех уровней власти. Использование энергии НВИЭ даёт возможность экономить органическое топливо, уменьшить загрязнение окружающей среды, удовлетворять нужды потребителей, расположенных как вдали от централизованных систем теплоснабжения, так и вблизи от них, снимая дефицит тепла при интенсивной застройке, обеспечивая постепенные капиталовложения. горячее водоснабжение теплопроводность насосный

Один из реальных путей решения перечисленных задач - внедрение теплонасосных станций, предназначенных для отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования одновременно /1/.

Эффективность работы ТН определяется соотношением полученной потребителем тепловой энергии к затраченной электрической и носит название коэффициент преобразования (КОП). Основными параметрами, определяющими величину КОП, являются температуры низкопотенциального источника тепла (НИТ) и системы отопления или горячего водоснабжения (ГВС). Так, при t_нит = +8°С и t_отоп= +65°С КОП = 3, т. е. на один киловатт затраченной электроэнергии потребитель получит 3 кВт тепла, т. е. две единицы тепла получены от НИТ. При повышении температуры НИТ возрастает КОП /2/.

О преимуществах использования ТН в системах теплоснабжения можно определить на основе сравнительного анализа, представленного в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнительный расчет затрат на отопление и ГВС жилого помещения площадью 300 кв.м.разными системами

Таким образом, можно отметить, что тепло-хладоснабжение с помощью тепловых насосов относится к области энергосберегающих экологически чистых технологий и поэтому получило наибольшее распространение в мире. Так, например, в настоящее время в Швеции установлено свыше одного миллиона тепловых насосов.Более 10 лет рынок тепловых насосов демонстрирует уверенный рост в частном секторе Швеции, в стране имеющей один из самых развитых рынков тепловых насосов в Европе. С ростом цен на нефть и электричество, одновременно с увеличением энергетических пошлин, конкурентноспособность тепловых насосов значительно улучшилась. За последние 20 лет снизилось использование нефтепродуктов для отопления более чем на 75%. Сегодня тепловые насосы используются более чем в 50% частных домов Швеции.

В Германии принята новая государственная политика субсидирования использования возобновляемых источников тепла, в том числе тепловые насосы.

В частности, Программа Министерства охраны окружающей среды Германии по стимулированию рынка поддерживает использование возобновляемых источников энергии на общую сумму 500 миллионов евро ежегодно в период с 2009 по 2012 годы.

В Китае с ростом уровня урбанизации, улучшения уровня жизни людей и более высокого качества окружающей среды в помещениях, на протяжении последних лет увеличиваются масштабы использования тепловых насосов, которые, по прогнозам, продолжат расти и в обозримом будущем. По прогнозам Китайской инженерной академии использование энергии в 2020 году достигнет 3,5 миллиардов тон в угольном эквиваленте. Так как тепловые насосы могут использоваться для отопления, охлаждения и горячего водоснабжения в строительной отрасли, и, учитывая, что они рассматриваются как источники возобновляемой энергии, правительство оказывает значительную поддержку их использованию.

Однако, несмотря на большую популярность и перспективу, в Казахстане данная технология не получила столь широкого распространения как в развитых странах мира.

Одним изфактором, сдерживающим развитие данной технологи, на наш взгляд, являются работы, связанные с получением низкопотенциального источника тепла (тепло грунта, воды, окружающего воздуха). Существующие способы получения тепловой энергии в силу разных климатических условий, дефицитом или полным отсутствием данных геологических и гидрогеологических изысканий, большими материальными затратами, связанными с буровыми и другими видами работ значительно повышают стоимость данной технологии.

Поисковые исследования получения низкопотенциального источника тепла привели к идее использования для получения тепла свойств вязкости (трения) воды характеризующих ее способность взаимодействовать с поверхностями твердых тел составляющих материал, в котором она перемещается, и между внутренними слоями жидкости.

Предлагаемый эффект можно получить за счет создания закрученных потоков в вихревой камере /3/. Закрученные потоки жидкости характеризуются интенсивными процессами тепло- и массопереноса, сопровождаются нагревом жидкости, интенсивным перемешиванием и диспергированием разнородных составляющих рабочей среды.

На основе данного эффекта разработан новый способ работы тепловой насосной установки /4/.

Тепловая насосная установка (рис.1) состоящая из теплообменника-испарителя 1, компрессора 2, теплообменника-конденсатора 3, дроссельного клапана 4 и вихревого устройства 5с центробежным насосом 6 работает следующим образом

При запуске центробежного насоса жидкость (вода) под напором подается в вихревое устройство, в котором за счет гидродинамических процессов интенсивного движения, она нагревается и поступает в теплообменник-испаритель. Далее в испарителе, рабочее тело теплового насоса (хладон), поглощая теплоту низкопотенциального источника, начинает закипать и, сжимаясь в компрессоре, приводимом в действие электрическим или иным двигателем, поступает в теплообменник-конденсатор, где при высоком давлении конденсируется при более высокой температуре, отдавая теплоту испарения приемнику тепла (теплоносителю системы отопления). Из конденсатора рабочее тело через дроссельный клапан вновь поступает в испаритель, где его давление снижается и снова начинается процесс кипения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Тепловая насосная установка

По результатам предварительных теоретических расчетов можно оценить ряд важных параметров, определяющих эффективность системы теплопреобразования в вихревом тепловом насосе (ВТН).

В частности:

1) Коэффициент преобразования энергии µ (КПЭ) как:

, 1/

где - полная теплопроизводительность системы, W - затраченная электроэнергия;

2) КПД (коэффициент полезного действия):

,/2/

где - коэффициент работоспособности тепла;

3) Значения коэффициента теплоотдачи б:

,/3/

где, Nu - число Нуссельта, - коэффициент теплопроводности теплоносителя, d - характерный размер (диаметр) трубы.

Таким образом, для теоретического расчета данных параметров ВТН необходимо определить число Nu.

Число Нуссельта /5/ в данном случае можно определить по формуле:

, /4/

где с и n - постоянные коэффициенты определяемые экспериментальным методом, Grи Pr, соответственно число Грасгофаи Прандтля /6/, определены по формулам:

/5/

= /6/

здесь, g - ускорение свобоного падения, - коэффициент теплового расширения, Дt - температурный напор, d - характерный линейный размер, - кинематическая вязкость, µ - динамическая вязкость, л - коэффициент теплопроводности, - коэффициент температуропроводности.

Таким образом, производственные процессы и более широкое внедрение тепловых насосов на рынке новых низкоэнергетических зданий будут увеличивать экономию энергии, понижать спрос на нее и снижать подверженность сопутствующим рискам во многих странах.

Литература

1. Рей. Д., Макмайкл. Д. Тепловые насосы: пер. с англ. М.:Энергоиздат,1982;

2. Г. Хайнрих, Х.Найорк, В. Нестлер. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения, 1985;

3. Мартынов А.В., Серебряков Р.А. и др. Оценка эффективности систем децентрализованного теплоснабжения на базе вихревых гидравлических теплогенераторов. // Информационный научно-технический журнал: Строительные материалы, оборудование, технологии XXI в., №7, 2004 г.

4. Абиров А.А., Ибраев Э.Т., Абдрахманов Р.К. и др. // Способ работы тепловой насосной установки. / Инновационный патент РК по заявке № 2063/10 от 20.06.2010 г.

5. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: Мир, 1983.

6. Уонг Х. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. - М.: Атомиздат, 1979, с.189.

Размещено на Allbest.ru