Характеристика источников низкопотенциальной теплоты

Типы источников низкопотенциальной энергии

Источником низкопотенциальной тепловой энергии может быть тепло как естественного, так и искусственного происхождения.

В качестве естественных источников низкопотенциальиого тепла могут быть использованы:

  • - тепло земли (тепло грунта);
  • - подземные воды (грунтовые, артезианские, термальные);
  • - наружный воздух.

Все они аккумулируют солнечную энергию, так что вместе с ними косвенно используется солнечная энергия. Для практического использования этих источников тепла следует учитывать следующие критерии:

  • - достаточная доступность;
  • - как можно более высокая накопительная способность;
  • - как можно более высокий температурный уровень;
  • - достаточная регенерация;
  • - выгодная в финансовом плане разработка;
  • - небольшие расходы на техобслуживание.
Схема утилизации низкопотенциальной теплоты окружающей природной среды

Рис. 2.1. Схема утилизации низкопотенциальной теплоты окружающей природной среды

В качестве искусственных источников низкопотенциального тепла могут выступать:

  • - удаляемый вентиляционный воздух;
  • - канализационные стоки (сточные воды);
  • - промышленные сбросы;
  • - тепло технологических процессов;
  • - бытовые тепловыделения.

Солнечная радиация

Использование тепловых насосов в системах солнечного теплоснабжения позволяет, с одной стороны, в 1,5-1,7 раза сократить площадь теплоприемпиков, а с другой - повысить коэффициент преобразования тепловых насосов до 4-4,5. К недостаткам последних следует отнести необходимость установки аккумуляторов тепла, а также дублирующего теплогенератора для теплоснабжения при низких наружных температурах и слабой солнечной радиации [2.27].

Окружающий воздух

Воздух как универсальный теплоноситель имеет большой потенциал, используется в больших установках круглогодичного кондиционирования. Однако он обладает низкими значениями коэффициентов теплоотдачи, поэтому для уменьшения поверхности испарителя приходится снижать температуру кипения рабочего тела, вследствие этого уменьшается степень совершенства теплонаносной установки.

Теплота окружающего воздуха, как источника низкопотенциального тепла характеризуется, как правило сезонными и краткосрочными колебаниями температуры в зависимости от погодных условий, что влечет за собой колебания режимов работы теплового насоса, снижающие его эффективность. Кроме того, средний уровень температуры окружающего воздуха влияет на коэффициент трансформации: чем ниже температура, тем ниже коэффциент трансформации.

В этой связи теплоту окружающего воздуха целесообразно использовать в климатических зонах с достаточно высокой (не ниже +5°С) температурой и со стабильными погодными условиями.

В условиях теплого и влажного климата па поверхности испарителя в диапазоне от 0 до 6 °С образуется изморозь, что ведет к снижению мощности и производительности теплового насоса. Иней уменьшает площадь свободной поверхности и препятствует прохождению воздуха. Как следствие, снижается температура испарения, что, в свою очередь, способствует нарастанию инея и дальнейшему неуклонному снижению производительности вплоть до возможной полной остановки агрегата вследствие срабатывания контрольного датчика низкого давления, если прежде не будет устранено обледенение.

Схема утилизации теплоты окружающей среды

Рис. 2.2. Схема утилизации теплоты окружающей среды

Размораживание батареи осуществляется путем инверсии охлаждающего цикла или иными, менее аффективными способами. Общий коэффициент производительности сокращается с увеличением частоты размораживания. Применение специальной системы контроля, обеспечивающей размораживание по требованию (т.е. когда оно фактически необходимо), а не периодическое, может существенно повысить общую эффективность.

Еще один источник тепла в жилых и торгово-административных сооружениях - отводимый вентиляционный воздух. Тепловой насос регенерирует тепло из отводимого воздуха и обеспечивает приготовление горячей воды или теплого воздуха для отопления помещений.

В этом случае, однако, требуется постоянное вентилирование в течение всего отопительного сезона или даже целого года, если предусмотрено кондиционирование помещений в летний период. Существуют аппараты, в которых конструктивно изначально заложена возможность использования и отводимого вентиляционного, и наружного воздуха. В некоторых случаях тепловые насосы, применяющие отводимый воздух, используются в комбинации с рекуператорами «воздух-воздух» [2.1; 2.24].

Данные испытания таких установок, использующих воздух в качестве источника тепла, свидетельствуют о том, что средний коэффициент за отопительный сезон не превышает 2-2,5. В периоды пик, т. е. при эпизодически низких температурах наружного воздуха, включают запасные электронагреватели. Наилучшим методом борьбы с инеем является его автоматическое оттаивание, проводимое периодически.

Наружный воздух, будучи совершенно бесплатным и общедоступным, является наиболее предпочтительным источником тепла. Однако тепловые насосы, использующие воздух в качестве источника низко- потенциального тепла, имеют фактор сезонной нагрузки (SPF) в среднем ниже на 10-30% по сравнению с тепловыми насосами «вода-вода», что объясняется следующими обстоятельствами [2.5]:

  • ? быстрым снижением мощности и производительности с падением наружной температуры;
  • ? относительно большой разностью температур конденсации и испарения в период минимальных зимних температур, что в целом снижает эффективность процесса;
  • ? энергозатратами на размораживание обдуваемого воздухом испарителя и работу соответствующих вентиляторов.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >