IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В настоящее время отопление и горячее водоснабжение (ГВС) городских объектов осуществляется, как правило, от городских ТЭЦ или районных котельных, работающих на традиционных топливах. Автономные потребители (коттеджи, дачи, садовые домики) зачастую используют для отопления и горячего водоснабжения либо жидкие углеводородные газы, либо электроэнергию.

Вместе с тем имеется большое количество различных источников низкопотенциального тепла, как природных, так и искусственных, которые в сочетании с тепловыми насосами (ТН) могут составить конкуренцию традиционным топливам. ТН нашли широкое применение для теплоснабжения жилых и административных зданий в США, Швеции, Канаде и других странах со сходными с Казахстаном климатическими условиями. Расширяется опыт применения тепловых насосов и в нашей стране.

ТН позволяет, затрачивая сравнительно небольшое количество энергии на его привод, преобразовать тепло, отбираемого от низкопотенциального источника, в тепло при температуре, удовлетворяющей потребителя. Коэффициент трансформации ТН, т.е. отношение количества тепла, отданного потребителю, к энергии, затраченной на его привод, тем выше, чем выше температура источника низкопотенциального тепла. В используемых системах этот коэффициент составляет 3 и более.

В качестве природных низкопотенциальных источников тепла наибольший интерес представляют незамерзающие водоемы или источники геотермального тепла. В большом количестве регионов на умеренных глубинах имеются геотермальные флюиды с температурой не ниже 20-30^оС, которые могут служить эффективным источником низкопотенциального тепла для ТН. Представляет интерес также использование тепла грунта, для чего могут создаваться неглубокие (в несколько десятков метров, иногда до 100 – 150 м) вертикальные скважины, служащие подземными теплообменниками, через которые циркулирует теплоноситель ТН. В зависимости от свойств грунта, наличия фильтрационных вод, конструкции теплообменника с 1 м его длины возможен съем от 70 до 300 Вт тепловой энергии.

К искусственным источникам низкопотенциального тепла можно отнести различные теплые сбросы промышленных предприятий, вентиляционные выбросы, канализационные системы. Потенциал этих источников достаточно велик, но в каждом случае требует разработки оптимальных систем для его использования.

Представляет интерес применение комбинированных схем, в которых наряду с использованием, например, тепла грунта с помощью ТН утилизируется тепло вентиляционных выбросов здания, солнечная энергия, преобразуемая посредством простейшего солнечного коллектора.

Тепловой насос предназначен для использования энергии, получаемой от источника тепла низкой температуры. Тепловые, энергетические и экономические характеристики тепловых насосов тесно взаимосвязаны с характеристиками источников, из которых насосы берут тепло. Идеальный источник тепла должен давать стабильную высокую температуру в течение отопительного сезона, не быть коррозийным и загрязняющим, иметь благоприятные теплофизические характеристики, не требовать существенных инвестиций и расходов по обслуживанию. В большинстве случаев имеющийся источник тепла является ключевым фактором, определяющим эксплуатационные характеристики теплового насоса.

В качестве источников тепла в небольших системах на базе тепловых насосов широко используются наружный и отводимый воздух, почва и подпочвенная вода, для систем большой мощности применяются морская, озерная и речная вода, геотермические источники и грунтовые воды.

Тепловые насосы могут применятся для отопления зданий при круглогодичном кондиционировании воздуха, горячего водоснабжения и технологических нужд различных предприятий. Однако использование тепловых насосов должно быть экономически обосновано.

Для круглогодичного кондиционирования в южных районах (отопление зимой, кондиционирование воздуха летом) распространение получают мелкие теплонаносные автоматизированные агрегаты (кондиционеры с тепловым насосом) для обслуживания небольших одноквартирных домов и отдельных комнат. Эти установки очень компактны и используют наружный воздух в качестве источника низкой температуры. Реверсирование установки, то есть переход с холодильного режима на теплонасосный осуществляется изменением направления потока рабочего тела. В мелких установках, где в качестве дросселирующего органа служит капиллярная трубка, изменение потока жидкого рабочего тела не вносит каких-либо затруднений в эксплуатацию.

Сегодня вклад возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергетический баланс Казахстана, несмотря на их огромный потенциал, незначителен.

Несмотря на то, что электроэнергия и тепло, получаемые от различных ВИЭ, сегодня, как правило, дороже, чем от традиционных источников, существует значительный рынок, где использование ВИЭ конкурентоспособно. Это прежде всего относится к регионам, где источником энергии является дорогое привозное топливо, рекреационным зонам, где на первый план выступает экологическая чистота ВИЭ, к ряду случаев, когда имеющиеся сооружения и объекты позволяют существенно снизить капитальные затраты для сооружаемых ВИЭ (пробуренные скважины для геотермального теплоснабжения, гидротехнические сооружения для малых ГЭС, большое количество различных отходов, подлежащих утилизации).

Код для цитирования: Скопировать