Главная страница -> Технология утилизации

Тепловые насосы для россии. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.

Не менее важную роль при создании фасадной конструкции помимо несущих конструктивных элементов - профилей - играет и прозрачный материал - стекло.

Стекло представляет собой находящуюся в застывшем состоянии жидкость. Это - аморфное вещество, которое в твердом состоянии не обладает кристаллическими свойствами. Основными компонентами, образующими стекло, являются: кварцевый песок (69-74 %); сода (12-16 %); известняк и доломит (5-12 %) и в небольших процентных соотношениях некоторые другие компоненты. Кроме основных сырьевых компонентов можно вводить различные добавки, например, для окрашивания стекла в желаемый цвет или для изменения каких-либо других свойств материала.

Технология получения листового стекла в основном базируется на двух способах: Фурко и Флоат.

В 1902 году Эмиль Фурко разработал метод машинной вытяжки стекла. При этом способе стекло вытягивается из стекловаренной печи в виде непрерывной ленты, через прокатные валки поступает в шахту охлаждения, где режется на отдельные листы. На сегодняшний день в Европе метод Фурко практически не применяется, его вытеснил более совершенный Флоат-метод.

Флоат-метод был разработан в 1959 году фирмой <Пилкингтон>. При этом процессе стекло поступает из печи плавления в виде плоской ленты, а затем через ванну с расплавленным оловом идет на дальнейшее охлаждение и отжиг. Преимуществами этого метода, по сравнению со всеми предыдущими, является: стабильная толщина стекла; высокое качество поверхности, не требующее дальнейшей полировки; отсутствие оптических дефектов; высокая производительность.

В последнее время в массе выпускаемого материала значительно возрастает доля функционального (с особыми свойствами) и декоративного стекла. Связано это с тем, что обычное стекло не отвечает современным требованием по теплосбережению, механической прочности, спектральному диапазону пропускаемого излучения, и т.д.

Ассортимент производимого сегодня стекла настолько широк, что может привести в замешательство неподготовленного потребителя. Некоторые сорта стекла выпускаются под собственными именами. Для того чтобы сориентироваться в этом многообразии и сделать правильный выбор, необходимо четко представлять, в каких условиях будет эксплуатироваться то или иное стекло. Так, например, не рекомендуется использование тонированного стекла, с коэффициентом пропускания меньше 50 %, в качестве облицовочного фасадного остекления. Поскольку в жаркий солнечный день панели из него могут нагреваться до температуры 80-90оС и выше, что создает большие температурные напряжения, которые могут привести к разрушению панели со всеми вытекающими отсюда последствиями. В этом случае необходимо применение специальных .

В России наблюдается повсеместное увлечение тонированным (имеющим различную окраску) остеклением. В Европе от данной моды отказались. Это связано со многими причинами. Об одной из них говорилось выше, вторая же заключается в том, что сильно отличающийся от природного спектральный состав освещения пагубно влияет на самочувствие людей. При большой степени остекления, люди, находящиеся внутри помещения, теряют чувство времени, у них ухудшается зрение, и т.д.

Для интегральной оценки энергоэффективности остекления можно использовать коэффициент, предложенный академиком Савиным:

Кэфф=0,14/Rопр tо,

где R опр - приведенный коэффициент сопротивления теплопередаче

tо - коэффициент светопропускания

Чем меньше Кэфф, тем меньше суммарный расход энергии на отопление и освещение здания, т.е. тем лучше остекление.

Итак, выбор стекла должен определяться не только эстетическими соображениями, но и оптико-энергетическими характеристиками остекления и его биологическим воздействием.

Чтобы грамотно применять современные виды строительного стекла, необходимо понимать, что такое солнечное излучение.

Рассмотрим основные составляющие солнечного излучения:
Ультрафиолетовые лучи (длина волны 280-380 нм);
Видимый свет (длина волны 380-780 нм);
Короткие волны (длина волны 780-2480 нм);
Длинные волны (длина волны 2480 и более).

Световые лучи частично отражаются стеклом, частично поглощаются, а большая часть из них попадает внутрь помещения, для чего, собственно, и существует остекление. Коэффициент светопропускания стекла от 88 % (для обычного полированного стекла) до 19% (специального).

Прямая солнечная энергия (короткие волны) - это невидимая часть спектра, она также частично отражается стеклом (особенно темным, окрашенным), а часть ее проходит внутрь помещения. Солнечный фактор (СФ) состоит из энергии прямого прохождения I и поглощенной стеклом энергии II, которую она передает внутрь.

Косвенная солнечная энергия (длинные волны) передается тремя путями:
Теплопроводность
Конвекция
Тепловое излучение

2/3 потери тепла через стекло происходит за счет теплового излучения и 1/3 за счет теплопроводности и конвекции.

Придавая стеклу определенные свойства (создавая различные типы стекол) можно влиять на проникновение в помещение того или иного вида световой энергии. Остановимся на наиболее распространенных типах стекол, применяемых в фасадных конструкциях.

Производители стекол: БОРСКИЙ СТЕКОЛЬНЫЙ ЗАВОД (Россия), ЗАВОД АРХИТЕКТУРНОГО СТЕКЛА (Россия), <СТЕКЛОСТРОЙКОМПЛЕКТ> (Россия), (Бельгия), (Греция),

(Англия), (Франция), (Финляндия).

С. Г. Гаврилова

Количество среднетемпературного и низкотемпературного геотермального и сбросного тепла на много порядков больше, чем количество высокотемпературного тепла, пригодного для выработки электроэнергии. Практически оно есть везде. Например, не менее 50% территории Омской области и не менее 40% Новосибирской – зоны с запасами геотермального тепла (24-40°С), которого достаточно, чтобы все объекты на этих территориях обеспечивать теплом для отопления и горячего водоснабжения (ГВС) при помощи тепловых насосов (ТН), использующих это геотермальное тепло.

Вообще теплонасосное теплоснабжение из всех видов нетрадиционной энергетики является наиболее быстро развивающейся отраслью, и в некоторых развитых странах оно уже является главным конкурентом традиционной теплоэнергетики, основанной на сжигании органического топлива. В соответствии с прогнозами Мирового энергетического комитета (МИРЭК) к 2020 г. в развитых странах 75% тепла для отопления и горячего водоснабжения будет поступать от тепловых насосов. Швеция – безусловный мировой лидер в практическом использовании тепловых насосов – уже сейчас около 60% необходимого для теплоснабжения тепла получает от теплонасосных установок. Причем применение ТН в Швеции стало настолько массовым, прежде всего по экономическим соображениям, что когда в 1985 г. в стране был проведен опрос населения на тему «Какое из видов отопления жители страны предпочитают?», то 95% опрошенных ответили – теплонасосное. В Швеции работают две самые мощные ТНС на 320 и 200 МВт; обе на низкопотенциальном тепле Балтийского моря, температура воды которого в отопительный период составляет всего 5-6°С. И в других развитых странах – США, Швейцарии, Японии, Франции и т.д. – развитие теплонасосного теплоснабжения подтверждает прогнозы МИРЭК.

Почему сейчас идет такой теплонасосный бум? Почему в 1972 г., когда лаборатория натурных испытаний Института теплофизики СО АН СССР запускала на Камчатке первую в России теплонасосную станцию и когда словосочетание «тепловой насос» было малоизвестно, в мире тогда работало всего около 100 000 штук ТН, в основном малой мощности (10…20 кВт); и вдруг пошло такое бурное развитие теплонасосной техники, что сейчас уже работают около 40 млн. штук?

Ответ здесь прост.

На рис. 1 представлены схемы производства тепла на основе тепловых насосов с различными приводами компрессоров тепловых насосов.

В расчете на единицу тепла Qт исходного топлива ТЭС или двигатели внутреннего сгорания (ДВС) производят мощность Ne= Qт • , где – КПД ТЭС или ДВС. Если эта мощность будет затрачена на привод ТН, то тепловой насос отберет от низкопотенциального источника тепло Qнп и передаст потребителю при необходимой ему температуре количество тепла Qпт = Nе• , где – коэффициент преобразования ТН. В результате потребитель получит тепло в количестве:

Qпт = Qт• • (3)

Из формулы (3) видно, что если произведение • > 1, то Qпт > Qт.

Поскольку КПД современных ТЭС и ДВС не ниже 35%, а коэффициент

преобразования ТН, как правило, не ниже 3, то в худшем случае

Qпт = 1,05Qт. В большинстве случаев независимо от типа ТН и типа привода компрессора на единицу затраченного исходного топлива потребитель получает в 1,2…2,8 раза больше, чем при прямом сжигании этой единицы исходного топлива. Это достигается тем, что ТН вовлекает в полезное использование тепло низкопотенциального источника Qнп естественного происхождения (тепло грунта, грунтовых вод, природных водоемов, солнечная энергия) или техногенного происхождения (промышленные стоки, очистные сооружения, тепло вентиляционных выбросов и т.п.) с температурой от +3 до +40ОС, т.е. такое тепло, которое не может быть напрямую использовано для теплоснабжения.

Естественно, возможность получения больше полезного тепла, чем затрачено первичной энергии, и предопределила быстрое развитие теплонасосного теплоснабжения в мире.

Более того, во многих развитых странах существуют разнообразные системы льгот. Так, например, в ФРГ, по крайней мере до 1995 г., выделялись весьма крупные дотации фирмам, использующим тепловые насосы, – 300 марок на 1 кВт теплонасосной мощности, а в Баварии и того больше – 400 марок.

Швейцарской национальной программой энергосбережения в течение 1995-1998 гг. планировалось увеличение производства теплонасосного тепла в три раза – с 750 до 2250 ГВт/ч. Для реализации этой программы выделялись крупные инвестиции крупными энергетическими компаниями и применялись существенные налоговые льготы.

Эффективность применения ТН определяется двумя факторами:
1) опережающим увеличением стоимости замещаемого топлива по сравнению с ростом стоимости электроэнергии;
2) достижением термодинамической оптимизации цикла.

Первый фактор не зависит от совершенства и качества производимых тепловых насосов, а регулируется государственной политикой в энергетике. Например, в ФРГ за период 1972-1990 гг. стоимость нефти увеличилась в 6 раз, газа – в 2, а электроэнергии – в 1,7 раза, да еще плюс существенные государственные дотации. В Швеции с 1980 по 1989 г. цены на электроэнергию сохранялись достаточно низкими и, главное,

стабильными, что при одновременном, хотя и небольшом, росте цен на органическое топливо способствовало постоянному увеличению эффективности использования теплонасосного теплоснабжения. Естественно, в этих странах идет бурный рост теплонасосного теплоснабжения и, соответственно, производства тепловых насосов.

Преимущественно в мире (>95%) используются парокомпрессионные ТН, которые различаются по термодинамическим циклам – в основном это циклы Ренкина, Стирлинга, Брайтона, по типу компрессоров – поршневые, винтовые и турбокомпрессорные, по степени герметичности – герметичные, бессальниковые и сальниковые. Рабочий цикл парокомпрессионного ТН иллюстрирует рис. 2.

Тепло от низкопотенциального источника поступает в испаритель ТН, где отдает свое тепло рабочему телу, например фреону. Образовавшийся пар фреона при сжатии в компрессоре нагревается до 80-95ОС и поступает в конденсатор, где, конденсируясь, отдает свое тепло в систему отопления. Затем жидкий, но еще горячий фреон в теплообменнике отдает тепло холодной воде, нагревая ее до уровня, необходимого для горячего водоснабжения.

Охлажденный жидкий фреон поступает в дроссель, где дросселируется до давления, при котором фреон переходит в парообразное состояние при температуре низкопотенциального источника, и цикл повторяется.

Россия сильно отстает от развитых стран в области развития теплонасосного теплоснабжения. В частности, в Дании – стране, где условия для внедрения ТН одни из худших в Европе из-за высокой цены на электроэнергию (около 0,2 долл.), прежде всего из-за налогов, достигающих 50%, – количество работающих ТН на 1995 г. составляло 28 тыс. (20 тыс. для горячего водоснабжения и 8 тыс. для отопления).

В России же с 1992 по 2005 г. было запущено в эксплуатацию всего около 150 ТН, из них 126 ТН поставило ЗАО «Энергия». Чем вызвано такое прохладное отношение к теплонасосной технике со стороны потребителей, как физических, так и юридических? Есть масса негативных причин: политического, организационного, экономического плана, недостаточная образованность руководящих кадров, от решения которых зависят масштабы применения ТН, полное отсутствие государственной, прежде всего законодательной, поддержки и т.д. Но думается, что главное все-таки не в этом, а в том, что при отсутствии в России какой-нибудь теплонасосной техники первая мысль, которая приходит в голову руководителя, что эту технику можно и нужно приобрести за рубежом. При этом даже вопроса не возникает, а пригодна ли эта зарубежная техника для России? Действительно, автомобили, телевизоры, много бытовой и машиностроительной техники, которые выпускаются за рубежом, равноприменимы как там, так и в России.

К сожалению, это не распространяется на импортные тепловые насосы – их в наших климатических условиях использовать чаще всего практически невозможно. Причем об этом не догадывается даже инженерно-технический персонал некоторых наших фирм, выпускающих тепловые насосы. В итоге берется отечественный поршневой или винтовой холодильный компрессор, так как специальные теплонасосные у нас не выпускаются, собирается на его базе без какой-либо переделки или модернизации тепловой насос, который, естественно, работает плохо, потому что компрессор холодильный и теплонасосные параметры ему не под силу, да и термодинамически он не оптимален.

Естественно, чтобы создать все-таки хороший тепловой насос, появляется желание приобрести импортный, например, немецкий, шведский или американский компрессор, который многократно дороже нашего и также используется без какого-либо успеха. И это очевидно, так как шведская термодинамика ничем не отличается от российской, равно как от немецкой и американской, и именно она является одной из главных причин негативных результатов.

Рассмотрим рабочие параметры тепловых насосов, выпускаемых в России (табл. 1).

Из таблицы видно, что производством тепловых насосов занимаются шесть организаций, пять из которых делают ТН практически по зарубежным ценам (видимо, потому, что используются импортные компрессорные агрегаты), в том числе и завод «Компрессор», хотя он использует компрессоры своего производства.

Такие цены в нашей стране доступны только очень ограниченному контингенту потребителей, что, безусловно, сдерживает развитие теплонасосного теплоснабжения в России. Но главное не в цене, главное в том, какого качества продукцию, т.е. тепло, производят эти тепловые насосы? Из графы 4 табл. 1 видно, что у пяти производителей температура воды для отопления, получаемая в их ТН, находится в пределах 52-58ОС, т.е. средняя температура около 55ОС. Это максимальная температура воды для теплоснабжения, которую могут выдавать эти ТН, такой температурный режим осуществляется в большинстве ТН и за рубежом. Можно, не обращая внимания на инструкции и руководства по эксплуатации, заставить эти ТН выдавать воду для отопления, например, заменив рабочее тело и организовав конденсацию при температуре 75ОС, что позволит получать воду с температурой +70ОС. Но это приведет к снижению теплопроизводительности на 15-20%, к резкому снижению коэффициента преобразования и значительному сокращению срока службы ТН.

К сожалению, отрицательные примеры встречаются довольно часто, и именно они подрывают желание потенциальных потребителей устанавливать у себя тепловые насосы.

Если же не делать такого губительного для ТН повышения температуры воды для отопления, то ясно, что получаемая вода с температурой +55ОС может использоваться только для горячего водоснабжения, и то только для ручной мойки посуды, так как для моечных машин температура воды должна быть не ниже +65ОС.

Из табл. 2 видно, что температура воды, подаваемая в отопительные приборы (смешанная после элеватора), при температуре наружного воздуха ниже -3ОС должна быть равна +57О, т.е. выше 55ОС. Что же делать, если нет возможности в этих импортных ТН получить температуру воды большую, чем 55ОС, а на улице, например, -15ОС? Осуществить догрев в электрокотельной или в котельной на органическом топливе, например, до 70ОС, как это требуется в табл. 3, при -15ОС? Но это ничего не даст, так как температура обратной сетевой воды при -15ОС и ниже должна составлять +54ОС и выше, т.е. при таких температурах наружного воздуха таким ТН в отопительной системе делать фактически нечего. Использовать ТН только для горячего водоснабжения будет сложно, так как анализ более чем 2000 опросных листов от потенциальных заказчиков показал, что потребителям требуется на ГВС не более 10-12% от общего количества тепла от ТН, остальные 88-90% нужно для отопления.

Следовательно, ТН, которые выдают воду для отопления до +55ОС, в России неприемлемы, и необходимо создавать специальные ТН,
адаптированные к климатическим условиям России. Для того чтобы понять, каков должен быть российский ТН, рассмотрим несколько термодинамических и конструкторских проблем тепловых насосов (рис. 3).

На рисунке линия 8-1 – испаритель, в котором тепло низкого потенциала QНПИ поступает на испарение фреона (т. 8 – 100% жидкий фреон; т. 1 – 100% насыщенный пар); линия 1-2 – регенеративный подогрев насыщенных паров до т. 2 теплом горячего жидкого фреона (Qрег); линии 2-4 и 2-3 – соответственно адиабатическая и политропическая работы сжатия фреона (Ne). Максимальное количество полезного тепла, получаемого ТН, рассчитывается следующим образом:
Qполез = Qперегр + Qконд + Qж.ф. (4)

Если с полезным использованием перегретых паров фреона (Qперегр) и с использованием тепла конденсации (QКОНД) нет проблем, то использование тепла жидкого фреона (Qж.ф.) – одна из основных термодинамических проблем ТН.

Дело в том, что охлаждать жидкий фреон реально можно следующим образом:
– увеличивая регенерацию, но в пределах не более чем 2-3% от Qполез, так как при ее большем увеличении растет температура паров фреона на всасывании в компрессор (т. 2 на TS-диаграмме), а это приводит к уменьшению плотности этих перегретых паров и, соответственно, к уменьшению теплопроизводительности ТН;
– нагревая воду для ГВС, но по требованиям заказчиков на величину не более 8-10% от Ополез, или частично нагревать обратную сетевую воду, или то или другое.

В итоге можно использовать из всего тепла жидкого фреона (например, для режима Тконд = 70ОС, Qж.ф. = 31,5 % от Qполез) не более 10-13%. Остальные 18,5-21,5% использовать не представляется возможным.

При чисто отопительном режиме работы ТН температура дросселирования жидкого фреона даже при увеличенном расходе тепла на регенерацию Qреген (что для ТН не всегда выгодно) будет не ниже +50ОС, так как температура обратной сетевой воды обычно не бывает ниже +45ОС, и никакого другого потребителя тепловой энергии жидкого фреона с температурой ниже +50ОС нет, и, следовательно, некуда использовать тепло жидкого фреона в интервале от +50ОС до температуры кипения, например до 10ОС. Следовательно, прямая потеря тепла жидкого фреона Qпот ж.ф. будет составлять (линия 7-8 на ТS-диаграмме) около 70-75% от Qж.ф., или 19,5-21% от Qполез. Это прямые необратимые потери.

Коэффициент преобразования ТН определяется формулой
= Qпт/Ne = 1 + Qнпи/Ne (5)

Данное выражение является определением коэффициента преобразования ТН, и, соответственно, оно применимо во всех случаях. Но, с другой стороны, коэффициент преобразования ТН существенно зависит от того, происходит ли (и до какой степени) охлаждение горячего фреона после его выхода из конденсатора ТН. В зависимости от температуры, до которой может быть охлажден фреон, при его дальнейшем дросселировании до давления в испарителе произойдет большее или меньшее его вскипание. Если обозначить полную теплоту парообразования фреона r, то в зависимости от доли X пара, образовавшегося при дросселировании, тепло, которое будет отобрано от низкопотенциального источника (Qнпи) за один цикл, окажется пропорциональным r (1-Х). Например, при температуре перед дросселем +50ОС (точка 7 на TS-диаграмме) и дросселировании фреона до давления, соответствующего температуре кипения +10ОС (т. 8’ на ТS-диаграмме), доля пара X, поступающего в испаритель, составит 27,2% (см. рис. 6). В итоге
= 1 + (1-X) * Qнпи / Ne (6)

– это выражение эффективности работы теплового насоса для чисто отопительного режима. Использование ТН только для ГВС или совместно для отопления и ГВС, но когда доля требуемого тепла для ГВС составляет 35…40% от общей теплопроизводительности ТН, наиболее выгодно как с термодинамической, так и с экономической точки зрения. Происходит это из-за того, что для целей ГВС используется питьевая вода, имеющая низкую начальную температуру, артезианская – 5-8ОС, речная (среднегодовая) –10-12ОС, которая чаще всего бывает ниже температуры кипения в испарителе. В результате такой водой можно будет снимать тепло, и полезно использовать всю теплоту жидкого фреона. В этом случае X 0, и может быть достигнуто максимальное значение для конкретного режима. Отрицательный эффект «горячего» дросселирования, кроме уменьшения полезно используемой тепловой энергии на 15-20%, как отмечалось, будет снижать и Qнпи на 20-25%, что для заказчика, заинтересованного в получении одновременно и тепла, и умеренного холода для использования в технологических процессах, явно нежелательно. Количество таких заказчиков в последнее время непрерывно растет и составляет около 30%; для них работа ТН с неиспользованным теплом жидкого фреона дает двойной убыток. Именно из-за трудностей использования тепла жидкого фреона за рубежом 70% ТН используются для ГВС и только 30% – для отопления. Кроме того (и это самое важное), в термодинамике теплонасосного теплоснабжения, с увеличением температуры конденсации (линия 5-6 на TS-диаграмме) в тепловом насосе при увеличении количества тепла, вырабатываемого ТН (Qполез), количество тепла, отдаваемого потребителю, уменьшается (рис. 4).

На этом рисунке видно, что при увеличении температуры конденсации с 65 до 70ОС, т.е. при увеличении температуры горячей воды с 60 до 65ОС, общее количество полезного тепла увеличивается примерно на 1%, прежде всего за счет увеличения Qперегр, но Qпт – тепло, отдаваемое потребителю (формула (4)) с учетом 13% полезно используемого тепла жидкого фреона, – сокращается с 75,8% (Tконд = 65ОС) до 73,6% (Тконд = 70ОС) при одновременном увеличении затрачиваемой электроэнергии на 4,2%.

Таким образом, складывается парадоксальная ситуация в случае, если не используется тепло жидкого фреона, а именно, чем выше температура конденсации фреона, тем ниже и теплопроизводительность и эффективность ( ) работы теплового насоса. Это главная причина того, что обычно в ТН, работающих за рубежом, температура конденсации не превышает 60ОС, а температура воды – 55ОС. Такая температура, как у нас, так и за рубежом, не может обеспечить теплом традиционные системы отопления – радиаторные и конвекторные, но может хорошо использоваться в панельных системах отопления, но только в зданиях с пониженными потерями (1000 мм – толщина стен из кирпича, трехслойное остекление, частичное рекуперативное использование вентиляционного тепла, тепловые завесы и т.д.), т.е. в условиях России только в новостройках и в дорогих элитных домах. Но большинство жилых домов в нашей стране панельные, с большими тепловыми потерями, в которых использовать панельные системы

отопления почти невозможно, что подтверждает отрицательный опыт потолочно-напольного теплонасосного отопления на Камчатке. Весной 1971 г. в пос. Термальном Елизовского района Камчатской области была сдана в эксплуатацию теплонасосная станция (ТНС), состоявшая из трех НТ-25000 суммарной теплопроизводительностью около 0,12 Гкал/ч на сбросных водах тепличного комбината (Тсбр ~ 40ОС). Эта ТНС предназначалась для отопления 48-квартирного дома типовой серии 1-307С-8 из керамзитобетонных плит с потолочно-напольной (панельной) системой отопления, собранного в сейсмоустойчивом варианте, с расчетными тепловыми потерями, в зависимости от температуры наружного воздуха, представленными в таблице 3.

Время стояния наружных температур от +10ОС до –15ОС в течение отопительного периода составляло в этом регионе 97,3% от продолжительности отопительного периода, а фактическая максимальная теплопроизводительность ТНС составила 0,111 Гкал/ч, что было бы достаточно для отопления и ГВС даже при температурах Тнар = –20ОС.

Однако реально при температуре Тнар = –10ОС при полном отсутствии ветровой нагрузки температура в помещениях опускалась до +15… +16ОС, а при Тнар = –15ОС до +13… +14ОС, а так как тепловая мощность ТНС замерялась, стало очевидно, что это происходит из-за увеличенных, по сравнению с расчетными, теплопотерь здания. В течение двух лет проводились различные утеплительные мероприятия, но поднять температуру в помещениях удалось до +14…+15ОС. В итоге панельная система отопления была заменена на радиаторную.

Тепловые насосы для российских условий должны конструктивно отличаться от зарубежных по причине требования высоких температур для отопления.

Более высокая температура конденсации паров фреона требует и повышения степени сжатия и, следовательно, приводит к увеличению осевых усилий со стороны нагнетания как для поршневых, так и для винтовых компрессоров, что значительно сокращает их срок службы. Для поршневых компрессоров эта проблема решается легче – просто усиливаются шатунно-поршневая группа, масляный насос и узел газораспределения. Для винтовых компрессоров, в которых осевое усилие компенсируется разгрузочным поршнем фиксированного расчетного диаметра, требуются другие подходы. При работе ТН при максимально низких температурах наружного воздуха это усилие может достигать весьма значительных величин, что приводит к быстрому выходу из строя радиально-упорных подшипников, а за ними и винтов. Естественно, что нужны конструктивные решения, позволяющие изменять разгрузку в зависимости от изменяющегося осевого усилия.

Первые опытные образцы мощных винтовых теплонасосных компрессоров, в частности АТ-1100-4 с изменяемой разгрузкой, показали следующее:
– заводской вариант АТ-1100-4, работающий в Новосибирске, требует ремонта подшипникового узла каждые 5 тыс. ч работы;
– вариант АТ-1100-4 с изменяемой разгрузкой в Усть-Каменогорске работает уже 27 тыс. ч без каких-либо нарушений.

Сейчас новосибирские разработчики переходят к массовому использованию ТН с изменяемой разгрузкой осевых усилий.

Для получения высоких температур воды для отопления в ТН недостаточно решения проблемы максимального полезного использования тепла жидкого фреона и применения изменяемой разгрузки осевых усилий, что новосибирские разработчики к настоящему времени могут осуществлять в 80-90% тепловых насосов.

Как известно, коэффициент преобразования в основном зависит от разности температур конденсации и кипения в теплонасосном цикле (рис. 5).

Например, при температуре конденсации Тконд = 60ОС (Тгор.воды = +55ОС) и температуре кипения Ткип = + 10ОС коэффициент преобразования = 3,3, а при Тконд = 80ОС (Тгор.воды = +75ОС) и той же температуре кипения = 2,3, что фактически делает тепловой насос неконкурентоспособным в системах теплоснабжения. Необходимо было отыскать решение, которое позволило бы получать высокие коэффициенты преобразования даже при разности температур Тконд - Ткип > 80ОС. Хорошо известно, что максимальную эффективность ТН можно достичь при работе по циклу Лоренца, т.е. при работе с переменными температурами конденсации в соответствии с изменяющейся температурой нагреваемой в конденсаторе сетевой воды и с переменными температурами кипения в соответствии с изменяющейся температурой низкопотенциального источника по мере охлаждения в испарителе. В таком термодинамическом цикле Лоренца внешняя необратимость будет сведена к минимуму, что приведет к существенному увеличению коэффициента преобразования.

Такому переходу от цикла Ренкина к циклу Лоренца посвящено много работ, в частности, в качестве рабочего тела предлагаются смеси (растворы), которые кипят и конденсируются при переменных температурах. К сожалению, эти разработки еще не дошли до стадии даже опытно-промышленной проверки. Однако указанная цель может быть достигнута путем дробления ТН требуемой теплопроизводительности на ряд более мелких тепловых насосов, например, НТ-3000 теплопроизводительностью 3000 кВт разбивается на шесть НТ-500 с единичной теплопроизводительностью около 500 кВт (рис. 6).

Каждый из этих ТН работает в меньшем интервале температур при своих температурах кипения и конденсации, в результате чего достигается как бы переменность температур конденсации и кипения, а термодинамический цикл практически приближается к циклу Лоренца в докритической области.

Максимальный экономический эффект такого схемного решения будет достигнут при бесконечном количестве малых ТН, т.е. наибольшем приближении рабочего цикла к циклу Лоренца, но это приведет к бесконечному увеличению капитальных затрат. Поэтому был разработан метод оптимизации таких схем, который в настоящее время применяется в ЗАО «Энергия» для всех теплонасосных установок тепловой мощностью более 1 Гкал/ч. Такие схемные решения позволяют увеличивать коэффициент преобразования при тех же общих температурных интервалах в 1,5-1,8 раза.

Рассмотрим реальный пример на основе заказа, полученного от конкретного потребителя.

Необходимо создание теплонасосной станции со следующими параметрами:

Теплопроизводительность ТНС, Гкал/ч – 2,0;

Температура горячей воды для отопления, ОС – 70;

Температура воды низкопотенциального источника, ОС – 16 (Ткип= 6ОС);

Стоимость электрической энергии для привода компрессора, руб./кВт • ч – 2,89;

Стоимость тепла, получаемого от существующих теплоисточников (котельная или ТЭЦ), руб./Гкал – 930,7.

Приведены два варианта расчетов:
1) ТНС состоит из одного теплового насоса НТ-3000, получен следующий результат: = 2,62.
Себестоимость теплонасосного тепла при этом составила 1312,9 руб./Гкал.
2) ТНС состоит из четырех тепловых насосов НТ-300, по этому варианту = 4,45.
Себестоимость теплонасосного тепла при этом составила 785,6 руб./Гкал.

Таким образом, ясно, что первый вариант является убыточным, так как стоимость теплонасосного тепла – 1312,9 руб./1 Гкал – выше стоимости тепла от котельной или ТЭЦ – 930,7 руб./1 Гкал.

Второй вариант (при выработке тепла четырьмя тепловыми насосами) является прибыльным – теплонасосное тепло будет дешевле – 785,6 руб./1 Гкал против 930,7 руб./1 Гкал.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что практическое решение трех рассмотренных проблем:
– максимальное использование тепла жидкого фреона;
– применение устройств для изменяемой разгрузки осевых усилий в винтовом компрессоре при переменных давлениях Рконд и Ркип;
– осуществление работы ТН по термодинамическому циклу, приближенному к циклу Лоренца в докритической области, позволило создать ТН, работающий при больших разностях температур кипения и конденсации, с достаточно высокой эффективностью ( > 4), высокой температурой воды для отопления и с увеличенным ресурсом работы, т.е. максимально приспособленный к работе в климатических условиях России.

Заключение

Приведенные результаты – это только часть работы в теплонасосной отрасли, выполняемой следующими организациями: Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, ЗАО «Энергия» и СКБ Института передовых исследований под руководством академика В.Е. Накорякова. Мы считаем, что должно окончиться время, когда усилия этих организаций при решении близких проблем остаются разрозненными. Им нужно объединяться. Только мощным совместным объединением российские разработчики и промышленники могут выйти на зарубежный рынок и занять там достойное место.

Вывозим мусор и промышленные отходы. Вывоз мусора ленинский район.

Новое поколение преобразователей частоты fr. Газовые конденсатные котлы. Регулирование тепла. Опыт внедрения энергосберегающих мероприятий в дзержинском филиале нижегородского государственного технического университета. Следует ли правительству сдерживать тарифы на электроэнергию.

Главная страница -> Технология утилизации

Экологически чистая мебель:

Сайт об утилизации отходов: