Конспект лекций ташкент- 2015

НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Рациональное использование топливно–энергетических ресурсов представляет сегодня собой одну из глобальных мировых проблем, успешное решение которой, по–видимому, будет иметь определяющее значение не только для дальнейшего развития мирового сообщества, но и для сохранения среды его обитания. Одним из перспективных путей решения этой проблемы является применение новых энергосберегающих технологий, использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ). Истощение запасов традиционного ископаемого топлива и экологические последствия его сжигания обусловили в последние десятилетия значительное повышение интереса к этим технологиям практически во всех развитых странах мира. Преимущества технологий теплоснабжения, использующих нетрадиционные источники энергии, по сравнению с их традиционными аналогами связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но и с их экологической чистотой, а также с новыми возможностями в области повышения степени автономности систем жизнеобеспечения.
Одним из стратегических путей решения проблемы получения энергии может быть экстракция низкопотенциальной энергии окружающей среды (рис. 6.4). В окружающей нас среде имеются неограниченные запасы энергии на макроуровне (энергия тел и процессы от размеров, видимых человеком до планет и галактик) и микроуровне (энергия тел и процессы, происходящие на молекулярном, атомарном уровне и ниже).

Рис. 6.4. Использование низкопотенциальной тепловой энергии земли в

теплонасосных системах



Рис.6.5. Источники энергии окружающей среды (Energy separation in Maxwell – энергетическое разделение по Максвеллу)

Принцип работы и виды тепловых насосов

Тепловой насос перекачивает низкопотенциальную энергию из окружающей среды, например, воздуха, земли, воды внутрь дома, на что затрачивается определенное количество энергии. В свою очередь электроэнергии тратится в среднем в 3–4 раза меньше, чем например, для получения такого же количества тепла электронагревательным элементом. Одно из основных преимуществ теплового насоса – это экологичность, он не производит никаких вредных выбросов.

Рис. 6.6. Принцип действия теплового насоса
Типовая схема гидравлического теплового насоса приведена на рис. 6.6, 6.7.
Низкотемпературный источник (ИНТ) нагревает испаритель (3), в котором хладагент кипит при температуре –10° С…+5° С. Далее тепло, переданное хладагенту, переносится классическим парокомпрессионным циклом к конденсатору (4), откуда поступает к потребителю (ПВТ) на более высоком уровне.
Тепловой насос с гидравлической обвязкой (водяными насосами, теплообменниками, запорной арматурой и др.) называют тепловой насосной установкой. Если среда, охлаждаемая в испарителе, такая же, как и среда, нагреваемая в конденсаторе (земля–вода, вода–вода, воздух–вода), то путем изменения потоков этих сред можно изменить режим ТН на обратный (охлаждение на нагрев и наоборот). Если среды – газы, то такое изменение режима называют обратимым пневматическим циклом, если жидкости – обратимым гидравлическим циклом (рис.6.8).



Рис. 6.7. Гидравлическая схема теплового насоса
1 – компрессор;2 – источник теплоты низкого уровня (ИНТ); 3 – испаритель теплового насоса; 4 – конденсатор теплового насоса; 5 – потребитель теплоты высокого уровня (ПВТ); 6 – низкотемпературный теплообменник; 7 – регулятор потока хладагента; 8- высокотемпературный теплообменник



Рис.6.8. Схема теплового насоса с обратимым гидравлическим циклом

В случае, когда обратимость цикла осуществляется изменением направления хладагента с помощью клапана обратимости цикла, используют термин «тепловой насос, работающий в обратимом холодильном цикле». В таком режиме работают широко распространенные аппараты «зима–лето».