Диссертация (1143334), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Она может опускатьсяниже нуля, а массив даже промерзать. Поэтому главная задача – сделать коллектортак, чтобы грунт успевал за лето восстановится и при этом продолжал поставлятьэнергию для подготовки горячей воды.2134.5.1. Выбор схемы применения теплового насоса для автономного объектана примере «Энергоэффективного дома»Обоснование параметров системы автономного теплоснабжения сельскогодома с использованием возобновляемых источников энергии подробно описанов работе [117] и базируется на ТН в системе «воздух-воздух». Применение в качестве низкопотенциального источника воздуха оправдано для южных районов, однако на большей территории России невозможно по причине высокого уровняГСОП и низких температур в течение 200 и более суток в году.Расположение проектируемых грунтовых зондов для теплового насоса«Энергоэффективного дома» учитывает указанный недостаток и было выполненопо схеме, приведенной на рисунке 113.Рис.
113. Разрез по линии размещения вертикальных испарительных каналовтеплонасосной установки «Энергоэффективного дома» в п. РастущийДля расчета параметров и выбора характеристик будущего теплового насоса были проведены исследования тепловых нагрузок по каждой квартире «Энергоэффективногодома».График тепловой нагрузки одной квартиры «Энергоэффективного дома»по месяцам года представлен на рис. 114 [120].214Тепловая нагрузка, кВт30,0020,0015,0010,005,00дек.08ноя.08окт.08сен.08авг.08июл.08июн.08май.08апр.08фев.08мар.080,00янв.08Тепловая нагрузка, кВт25,00Рис.
114. График тепловой нагрузки одной квартиры ЭЭДпо месяцамГрафик тепловой нагрузки одной квартиры «Энергоэффективного дома» попо продолжительности в течение года представлены на рис. 115.Тепловая нагрузка по продолжительности, кВтТепловая нагрузка, кВт30,0025,0020,0015,0010,005,000,00123456789Продолжительность, мес101112Рис. 115. График тепловой нагрузки одной квартиры ЭЭДпо продолжительностиНа основании полученных данных и представленных графиков были проведены анализ, расчет и выбор тепловой схемы, а также схема подключения оборудования ТН.2154.5.1.1. Выбор мощностной схемы ТН для «Энергоэффективного дома»Выбор мощностной схемы подразумевает применение определенных энергетических систем, оптимизированных по мощности и количеству.По итогам расчета теплопотребления необходимая тепловая мощность длявсего «Энергоэффективного дома» составила 160 кВт.
В связи с этим рассматривались различные варианты с установкой теплового насоса единичной мощностью160 кВт, двух ТН по 80 кВт, а также 8 ТН по 24 кВт (для каждой квартиры отдельно). Выбор отптимального варианта – задача специалиста.4.5.1.2. Вариант индивидуальных тепловых насосовдля каждой квартирыТакая система отопления разработана и в настоящее время уже внедрена наобъекте «Энергоэффективный дом» [121]. Она является практичной, поскольку ееможно реализовывать поэтапно, не затрачивая сразу большое количество денежных средств и времени [122]. Основное преимущество системы заключаетсяв том, что при выходе из строя теплового насоса одной квартиры теплоснабжениеостальных квартир не нарушается.4.5.2.Применение теплового насоса в составе энергокомплекса ВИЭдля автономного объекта на примере «Энергоэффективного дома»Использование теплового насоса в составе мКС ВИЭ, с учетом рассмотренной математической модели в главе 2, относится к безрисковому способу получения тепла ввиду отсутствия воздействия природных стохастических факторов приусловии использования в качестве низко-потенциального источника тепла –грунта, имеющего на глубине 10 и более метров (до 100 м) постоянную температуру 70С.
Функционирование ТН зависит только от наличия привода для компрессора, а эффективность – от температуры используемого низкопотенциального источника (грунта, водоема, воздуха, сбросных вод) [122].Сравнительный график расходов на эксплуатацию отопительных установокдля дома представлен на рис. 116.216Рис. 116.
Расходы на эксплуатацию отопительных установокс учетом первоначальнных капиталовложений (мощность ТН 24 кВт)Тепловой насос не имеет топливной составляющей и затрачивает электроэнергии в 3–4 раза меньше, чем эл. котел, вследствие чего прямые эксплуатационные расходы на ТН меньше [123].На рис. 117 приведено фото монтажа скважных грунтовых зондов для теплового насоса «Энергоэффективного дома». Работы по монтажу проводилисьв июне 2013 г.
специализированной организацией из г.Ижевска. Тепловой насосв составе мКС ВИЭ квартиры № 1 «Энергоэффективного дома» был пущенв эксплуатацию в июле 2013 г.Рис. 117. Фрагмент монтажа скважных зондов теплового насосадля квартиры №1 «Энергоэффективного дома» (s-мКС ВИЭ).217Графическая интерпретация экспериментальных данных [124] и расчетныхпоказателей мКС ВИЭ с использованием ТН представлена на рис. 118.Рис.118.
Графическая интерпретация экспериментальныхи расчетных мКС ВИЭИз графика следует, что экспериментальные данные по КС ВИЭ во всех случаях, в т. ч.с применением теплового насоса, имели худшие по относительной стоимости выработки энергии показатели по сравнению с расчетными. Это обусловлено тем, что оптимизация по составу и мощности оборудования ВИЭ на объектене проводилось ввиду отсутствия на тот момент времени приводимой методологии,соответствующего алгоритма расчета и программы расчета оптимальной мКС ВИЭ«АРК-ВИЭ».На рис.
119 представлен пример экранного меню расчета мКС ВИЭ с использованием теплового насоса.218Рис.119. Пример экранного меню и расчета s-мКС ВИЭс применением ТН (ДГ+ВЭУ+ФЭП+СК+мГЭС+БГУ+ТН)Значения оптимальных долей установленной мощности каждого вида оборудования приведены для конкретной территории с использованием статистическихданных актинометрических характеристик и скоростей ветра. Соответственно, вдругом районе с другими статистическими характеристиками (по скорости ветра,инсоляции, температурным параметрам), соотношения оптимальных установленных мощностей оборудования будут другие [125].4.5.3.
Выводы и рекомендации по использованию тепловых насосовв составе мКC ВИЭ1. Тепловой насос может быть эффективно использован в составе мКС ВИЭс другими видами возобновляемых источников энергии: ВЭУ, ФЭП, СК, мГЭС и впараллели со штатным газовым котлом.2. Скважины с грунтовыми зондами для использования низкопотенциального тепла в летнее время могут «реабилитироваться», выполняя функцию конденсатора для сброса тепла от теплового насоса, переведенного (используя реверсивную функцию) в режим кондиционера.2193.
В пики солнечной энергии фотоэлектрические преобразователи в составемКС ВИЭ могут направлять все излишки энергии на компрессор ТН для функционирования «бесплатной» системы кондиционирования.4. В составе мКС ВИЭ тепловой насос может рассматриваться как безрисковый источник только при условии обеспечения подачи энергии на привод компрессора. Последнее обстоятельство, в случает отказа централизованного источникаэнергии, делает ТН «рисковым» источником тепловой энергии, зависящим от выработки электроэнергии всей мКС ВИЭ.В этом случае ТН будет рассматриваться уже как рисковый источник энергии.5.
Часть электроэнергии, вырабатываемой мКС ВИЭ, может быть подана наприводкомпрессораТН,чтосущественноповышаетустойчивостьи надежность теплоснабжения удаленного децентрализованного объекта.6. Использование индивидуального ТН в составе мКС ВИЭ в летний периодснимает вопрос обеспечения горячей водой квартиры, где он установлен.7. В зимний период применение ТН для нужд отопления через подачу теплоносителя в теплый пол «закрывает» базовую нагрузку по теплу до наружной температуры минус 10–150С. Пиковая нагрузка должна покрываться дополнительнымисточником тепла (резервным электро- или газовым котлом) или увеличениемустановленной мощности индивидуального ТН.8. Экономическая целесообразность теплоснабжения с использованием ТНбудет возрастать по мере роста тарифов на электроэнергию и цены органическихресурсов.220Глава V.
ВЛИЯНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙИ УСТРОЙСТВ НА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИМИКРОГЕНЕРИРУЮЩИХ КОМПЛЕКСНЫХ СИСТЕМ ВИЭЭнергетические мощности, создаваемые возобновляемыми источникамиэнергии, в сравнении с генерацией в традиционных энергетических системах, какправило, существенно меньше. Это обстоятельство определяет «борьбу» за энергосбережение, повышение эффективности использования каждого Вт×ч, рост к.п.д.ВИЭ, повышение теплоотдачи [126].Для полноты рассмотрения эффективности использования энергокопмлексовна основе возобновляемых источников энергии – КС ВИЭ не только на стадии производства, но и при передаче тепловой энергии, в данной главе приведены результатыэкспериментальных исследований запатентованных автором способов повышенияэнергетической эффективности теплообменного оборудования.5.1. Повышение эффективности солнечных коллекторовОсновной функцией солнечных коллекторов любого типа яляется нагрев рабочего тела и передача тепла для использования его на ГВС, отопление или на турбину (для последующей выработки электрической энергии).Для исследования эффективности теплообмена в пленочном солнечном коллекторепри воздействии на гравитационно стекающую пленку жидкости был создан экспериментальный гидравлический стенд (рис.
120). Он представлял из себя плоский каналдлиной 2 м, омываемый пленкой жидкости, формируемой щелевым устройством [127].На экспериментальном стенде исследовалось влияние наложения низкочастотных колебаний на теплоотдачу от нагреваемой поверхности к гравитационнойпленке жидкости, стекающей по плоской стенке коллектора.Основным механизмом, воздействующим на поток жидкости, являлся пульсатор 7, частота возмущений, накладываемых на поток, варьировалась от 1до 50 Гц [128].221Рис.120. Экспериментальный гидравлический стенддля исследований гравитационной пленки жидкости(1 – Исследовательский канал – плоская стенка; 2 – термостат; 3 – насос; 4 – задвижка;5 – эл.
ротаметр; 6 – щелевое распределительное устройство; 7 – пульсатор сильфонного типа;8 – редуктор; 9 – кривошип; 10 – эл.двигатель; 11 – нагреватель; 11 – теплоизоляция; 13 – датчик толщины; 14 – эл. мост; 15 – осциллограф; 16 – самописмец; 17 – вторичный прибор;18 – частотомер; 19 – эл. двигатель мешалки; 10 – холодильник; 21 – кипятильник; 22– мешалка)Результаты экспериментов показали, что воздействие на расход жидкости с частотой3–7 Гц повышают теплоотдачу на 12–25 % (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
