X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В последние годы неуклонно наблюдается рост доли возобновляемых источников энергии в общем энергетическом балансе многих стран мира. Это, несомненно, связано с ценой на углеводородные полезные ископаемые, стремлением ряда стран снизить зависимость от газовых и атомных источников энергии, а так же ужесточением требований экологического характера [1]. В России доля возобновляемых источников энергии в общем балансе по-прежнему остается на незначительном уровне и их использование в промышленных масштабах носит единичный характер. Но вместе с тем, с развитием частного домостроения на территориях имеющих ограниченный доступ или изолированных от внешних энергетических сетей растет интерес к небольшим системам автономного энергоснабжения, одним из направлений которого является применение солнечных коллекторов и тепловых насосов [2, 3].

Системы теплоснабжения, основанные на совместном использовании солнечных тепловых коллекторов и тепловых насосов, находят свое применение в странах Европейского союза, Китае и ряде других стран. Комбинация этих двух установок позволяет повысить эффективность системы в осенне-весенний и зимний периоды, когда интенсивность солнечного излучения снижается. Это особенно актуально для р. Карелия ввиду того, что продолжительность периода использования коллекторов здесь значительно ниже, чем, например, в более южных районах РФ (рис. 1).

Рисунок 1 - Прямая среднесуточная солнечная радиация с начала года в р. Карелия

Применение подобных систем позволяет максимально эффективно преобразовывать энергию солнечного излучения в летние месяцы при помощи вакуумных трубчатых коллекторов, накапливая избытки этой энергии в грунте, и отбирать остаточное после лета тепло земли в осенне–весенний и зимний периоды тепловым насосом, когда значение солнечной радиации уже не столь велико [4]. Схема установки комбинированного теплоснабжения на основе солнечных вакуумных трубчатых коллекторов и теплового насоса приведена на рисунке 2.

Принцип действия системы заключается в следующем. Солнечная энергия принимается вакуумными трубчатыми коллекторами (1,2) в которых происходит, нагрев теплоносителя, который затем поступает в бак – аккумулятор (3) объёмом 300 литров, где с помощью теплообменника нагревает воду. Через второй теплообменник, установленный в баке-аккумуляторе (3), происходит нагрев теплоносителя в следующем контуре, в качестве которого выступает раствор на основе этиленгликоля. В этих двух контурах движение теплоносителей осуществляется циркуляционными насосами (7,8). Из второго теплового контура энергия передается в грунт, который является естественным теплоаккумулятором. Из грунта энергия отбирается тепловым насосом (4) и после преобразования подается в последний четвертый контур – радиаторы отопления (5) [4].

Рисунок 2 – Схема установки комбинированного теплоснабжения на основе вакуумных солнечных коллекторов и теплового насоса: 1, 2 – вакуумный коллектор; 3 – бак-аккумулятор; 4 – тепловой насос 5 – радиатор; 6 – компрессор; 7,8 – циркуляционный насос; 10 – предохранительный клапан; 11, 12 – расширительный бак; 13 метеостанция; 14 – сервер

Комбинация теплового насоса с другим источником тепла, который будет функционировать, только при низкой уличной температуре называется бивалентным подключением. Чаще всего как источник бивалентности используется электрический или газовый котел. При проектирование на энергозатраты, покрываемые тепловым насосом, как правило, задают от 60 до 80% от всех тепловых затрат объекта. Его мощность достаточна, пока температура на улице не опустится до минус 5°C . При температуре на улице ниже минус 5°C автоматически запускается источник бивалентности. В доме с тепловой затратой, например, 10 kW можем инсталлировать тепловой насос с мощностью 6 kW при минус 5°C. Оставшиеся 4 kW, которые необходимы только при низких температурах на улице, будет отбираться у второго резервного источника энергии. Работа этого источника энергии займет около 10-20% общих затрат (в зависимости от вида теплового насоса) [5].

Наряду с холодоснабжением (рис. 3) предполагается получение горячей воды, впоследствии направляемой либо на отопление, либо на горячее водоснабжение, что предпочтительней по получаемому температурному режиму [6].

Таким образом, для эффективного использования комбинированной системы тепло- и холодоснабжения применяется разделение системы на отдельные циркуляционные контуры при помощи трехходовых кранов и регулирование совместной работы элементов системы.

Рисунок 3 – Схема комбинированной теплонасосной установки: 1 – геотермальный теплообменник испарения фреона; 2 – запорная арматура; 3 – геотермальный коллектор; 4 – регулирующий клапан; 5 – первичный подогреватель; 6 – контур хладоносителя; 7 – компрессор; 8 – контур горячего водоснабжения; 9 – конденсатор фреона; 10 – дроссельный клапан

Для сглаживания перепадов интенсивности поступления и разбора теплоты в комбинированной системе тепло- и холодоснабжения предусмотривают тепловой аккумулятор и бак аккумулятор.

Список использованных источников

Безруких П.П и др. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России // СПб.: Наука, 2002 – 314 с.

Сергеев Б.Н. Руководство по монтажу и эксплуатации для технических специалистов солнечных коллекторов с вакуумными трубками моделей 15В, 20В, 15Е, 20Е [Электронный ресурс].

Салова Т.Ю., Громова Н.Ю., Громова Е.А.Источники возобновляемой энергии. Технологии синтеза и термические методы переработки органических отходов //Международный журнал экспериментального образования, № 10 2016, С. 150-151.

Салова Т.Ю., Громова Н.Ю., Громова Е.А.Методология рационального использования природных ресурсов //Международный журнал экспериментального образования.-2017, № 3-1, с. 55-57.

Проектирование и реализация системы отопления с тепловым насосом HOTJET, 2012. - 94 c.

Серёгина Ю.С., Щукина Т.В. Комбинированные тепловые насосы непосредственного испарения для экологически безопасного энергообеспечения зданий коттеджного типа // Актуальные проблемы экологии и охраны труда. — Курск, 2014.

Код для цитирования: Скопировать