|
|
Главная страница -> Технология утилизации
Тепловые насосы вновь востребова. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.Григорий Васильев В последнее десятилетие все большее распространение в мире получают новые энергоэффективные технологии жизнеобеспечения зданий, базирующиеся на широком использовании низкопотенциальных геотермальных ресурсов в теплонасосных системах теплохладоснабжения (ТСТ). В англоязычной технической литературе такие системы обозначаются как GHP (geothermal heat pumps) - геотермальные тепловые насосы Преимущества ТСТ в сравнении 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 для повышения степени автономности систем жизнеобеспечения зданий. Возможно, в недалеком будущем именно эти качества будут иметь определяющее значение в формировании конкурентной ситуации на рынке тепло-хладогенерирующего оборудования, как в нашей стране, так и за рубежом. Наибольшее распространение ТСТ, использующие тепло грунта, получили в США, Швеции и особенно в Швейцарии (одна ГТСТ на каждые 2 км2 территории). Общий прирост объемов использования геотермальных ТСТ в мире составляет 10% в год. В России построены и эксплуатируются лишь единичные объекты, оснащенные ТСТ, использующими низкопотенциальное тепло поверхностных слоев земли. Наиболее значимые из них построены по технологии и при участии ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ». Достаточно медленное внедрение в практику отечественного строительства геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения (ГТСТ) связано с рядом объективных факторов: переход национальной экономики к рыночным отношениям, искаженные тарифная политика и структура цен на энергетические ресурсы, а также повсеместная централизация теплоснабжения. Но основным препятствием, сдерживающим внедрение ГТСТ, является отсутствие математического, программного и нормативного обеспечения проектирования и строительства этих систем в почвенно-климатических условиях России. Технология применения ГТСТ представляет собой одно из наиболее эффективных и динамично развивающихся направлений интеграции в мировой энергетический баланс нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Большие перспективы открывает использование разрабатываемых в рамках проекта технологий в России — как в строительстве, так и в ЖКХ. Так, созданная в рамках проекта технология использования ГТСТ в районах распространения вечномерзлых грунтов имеет принципиальное значение для России, существенная часть территории которой покрыта вечной мерзлотой. Макетный образец термоскважины и узел ее сопряжения с магистральными трубопроводами системы теплосбора Новые технологии Технологии и новое оборудование, создаваемые в рамках проекта, базируются на научной экспериментальной базе ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» и участников проекта «Создание научно-технологических основ и оборудования для комплексного использования низкопотенциальных геотермальных ресурсов», а также на более чем 15 летнем опыте задействованных в проекте специалистов в области создания, проектирования, монтажа и эксплуатации на отечественном рынке теплонасосных систем теплохладоснабжения, использующих низкопотенциальное тепло грунта поверхностных слоев земли. Именно этот практический опыт и научный задел, а также лидирующие позиции ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» в данной области на российском рынке позволяют рассчитывать на успешную реализацию проекта и создание в его рамках коммерчески эффективных новых технологий и оборудования. Создаваемые в проекте технологии предусматривают рациональное использование не только геотермального тепла, но и теплоаккумуляционных свойств поверхностных слоев грунта, обеспечивающих двукратное увеличение пикового удельного съема геотермального тепла в сравнении с существующими зарубежными аналогами. Первый этап работ В рамках первого этапа работ по проекту созданы математические модели теплового режима систем сбора низкопотенциального тепла грунта, учитывающие фазовые переходы поровой влаги в грунте при многолетней эксплуатации ГТСТ. Моделирование процессов тепломассопереноса, формирующих тепловой режим многокомпонентной системы, каковой является грунтовый массив системы теплосбора, — сложная задача, требующая учета и математического описания разнообразных механизмов их осуществления. Математические модели базируются на оригинальном методе и описывают нестационарный пространственный тепловой режим грунтового массива систем теплосбора со стоками тепла (грунтовыми теплообменниками). Преимущество метода по сравнению с традиционным подходом к моделированию тепловых процессов, протекающих в подобных системах, — использование информации о естественном тепловом режиме грунта. Это позволяет учитывать комплекс факторов, влияющих на формирование теплового режима системы теплосбора, совместный учет которых сегодня представляется сложным. С помощью разработанных моделей впервые получены новые научные данные об эквивалентной теплопроводности грунтов, учитывающей скрытую теплоту фазовых переходов поровой влаги, как для грунтов по классификации ASHRAE, так и для грунтов, имеющих распространение в России. Новые технологии и методы использования низкопотенциального геотермального тепла, в том числе и в системах энергоснабжения, когенерирующих тепловую и электрическую энергию, базируются на научном походе к комплексу «система электроснабжения + здание + ГТСТ» как к единой экоэнергетической системе, которая позволяет определить основные технологические параметры комплекса (рациональные технологические параметры аккумуляционной геотермальной теплонасосной системы теплоснабжения, а также рациональный уровень теплозащиты ограждающих конструкций зданий, оснащаемых ГТСТ). Кроме того, были разработаны новые методы извлечения низкопотенциальных геотермальных ресурсов для различных геоклиматических условий, а также проведены численные эксперименты по оценке эффективности использования технологий в различных регионах РФ. Так, в рамках проекта были разработаны новые технологические решения по использованию низкопотенциального геотермального тепла в районах распространения вечномерзлых грунтов для теплоснабжения зданий и сооружений с одновременной защитой вечномерзлого грунтового основания от деградации (растепления). Существующие сегодня в этих районах технологии теплоснабжения зданий и защиты вечномерзлых грунтовых оснований от деградации требуют значительных энергоресурсов для охлаждения грунта. Проведенные исследования показали принципиальную возможность и технологическую осуществимость использования извлекаемого при охлаждении вечномерзлого грунта тепла в испарителях парокомпрессионных тепловых насосов в качестве источника тепла низкого потенциала. Эта технология позволит получить на 1 кВт энергии, расходуемой на привод ГТСТ, около 2–2,5 кВт полезного тепла и 1–1,5 кВт холода для стабилизации температурного режима вечномерзлого грунтового основания. Существенным преимуществом данной технологии является возможность строительства зданий без тепловых сетей, аварии на которых сегодня, как правило, приводят к потере несущей способности фундаментов. Созданная технология и проведенные в рамках данного проекта поисковые исследования возможностей использования ГТСТ в условиях вечномерзлых грунтов, а также разрабатываемые технологические и технические решения не только обеспечат теплоснабжение зданий, но одновременно позволят решить проблему стабилизации температурного режима вечномерзлых грунтовых оснований. В 2005–2006 гг. авторами получены документы на оформление четырех патентов РФ на разработанные технологические и технические решения. Подготовлена конструкторская документация и сделаны три макетных образца термоскважин и три образца узлов их сопряжения с магистральными трубопроводами системы теплосбора, а также макетные образцы ГТСТ типа «вода-воздух» (воздушное отопление) и емкостного аккумулятора для сезонного аккумулирования энергии в грунте. Макетный образец термоскважины Второй этап работ В рамках второго этапа выполнены натурные экспериментальные исследования и испытания макетных образцов термоскважин систем сбора низкопотенциального тепла грунта, макетных образцов узлов сопряжений оголовков термоскважин с магистральными трубопроводами системы теплосбора, а также макетного образца геотермальной теплонасосной системы теплоснабжения (ГТСТ) типа «вода-воздух» с последним в качестве теплоносителя системы отопления. Разработаны методики проведения натурных исследований и испытаний, подобрано метрологическое обеспечение исследований. В натурных условиях апробированы технологические приемы суточного и сезонного аккумулирования тепловой энергии в грунте и использования в гибридных ГТСТ низкопотенциального вентиляционных выбросов зданий, выполнена натурная оценка возможностей использования тепла канализационных стоков. Третий этап работ На следующем этапе были проведены теоретические и экспериментальные исследования, выполнены опытно-конструкторские работы, сформирована документация, изготовлен и испытан опытный образец модуля геотермальной системы теплоснабжения расчетной теплопроизводительностью 120 кВт — МГТСТ-120. Опытный образец МГТСТ-120 был изготовлен и смонтирован для испытаний в Москве на территории ПКиО «Фили» на объекте «Гостевой дом Города мастеров». Для проведения испытаний были разработаны «Программа и методика испытаний МГТСТ-120-00.00.000.ПМ», в соответствии с которыми объект был оснащен контрольно-измерительной аппаратурой. Испытания подтвердили соответствие изготовленного и смонтированного МГТСТ-120 требованиям технического задания и условиям государственного контракта. В результате натурных испытаний была достигнута обеспечиваемая опытным образцом экономия энергии 71% (по ТЗ — не менее 50%). Проведена сертификация технологии и созданного теплонасосного оборудования опытного образца МГТСТ 120 (получен сертификат соответствия). Районирование территории России по эффективности использования низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев земли Четвертый этап работ В рамках четвертого этапа создана методика и проведены численные эксперименты по количественной оценке возможных объемов устойчивого потребления и эффективности использования низкотемпературных геотермальных ресурсов в геоклиматических условиях различных регионов России в зависимости от длительности и плотности потребления геотермальной энергии на единицу площади территории. Кроме того, было выполнено конструкторское, научное и авторское сопровождение создания трех экспериментальных демонстрационных опытно-промышленных ГТСТ. Для проведения районирования по эффективности использования геотермального тепла низкого потенциала проводились численные эксперименты по моделированию эксплуатационных режимов ГТСТ в различных климатических условиях территории РФ. Моделирование проводилось на примере гипотетического двухэтажного коттеджа с отапливаемой площадью 200 м2, оборудованного геотермальной теплонасосной системой теплоснабжения с вертикальной системой теплосбора. Наружные ограждающие конструкции рассматриваемого дома имеют следующие приведенные сопротивления теплопередаче: наружные стены — 3,2 м2·ч·°С/Вт; окна и двери — 0,6 м2·ч·°С/Вт; покрытия и перекрытия — 4,2 м2·ч·°С/Вт. При проведении численных экспериментов рассматривались: — система с низкой плотностью потребления геотермальной энергии — горизонтальная система теплосбора из полиэтиленовых труб диаметром 0,05 м и длиной 600 м; — система с высокой плотностью потребления геотермальной энергии — вертикальная система теплосбора из одной термоскважины диаметром 0,16 м и длиной 40 м. Колодцы термоскважинКак показывает мировой опыт, зачастую для снижения периода окупаемости ГТСТ энергетические ресурсы эксплуатируются очень интенсивно, что может привести к их быстрому истощению. Поэтому необходимо поддерживать такой уровень использования геотермальной энергии, который позволил бы эксплуатировать источник энергетических ресурсов длительное время. Эта способность ГТСТ поддерживать требуемый уровень производства тепловой энергии длительное время называется устойчивостью. Для каждой ГТСТ и для каждого режима работы этой системы существует некоторый максимальный уровень производства энергии, производство энергии ниже которого можно поддерживать длительное время (100–300 лет). Проведенные участниками проекта исследования показали, что потребление тепловой энергии из грунтового массива к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта, которое не успевает компенсироваться в летний период года в почвенно-климатических условиях большей части территории РФ, так что к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. Однако огибающие теплового влияния многолетней эксплуатации системы теплосбора на естественный температурный режим грунта имеют ярко выраженный экспоненциальный характер, и к пятому году эксплуатации грунт выходит на новый режим, близкий к периодическому, т.е. потребление тепловой энергии из грунтового массива системы теплосбора сопровождается периодическими изменениями его температуры. Таким образом, при проведении районирования территории РФ необходим учет падения температур грунтового массива, вызванного многолетней эксплуатацией системы теплосбора, и использование в качестве расчетных параметров температур грунтового массива, ожидаемых на пятый год эксплуатации ГТСТ. С учетом этого обстоятельства в качестве критерия эффективности геотермальной теплонасосной системы теплоснабжения, представленного на карте виде изолиний, был выбран средний за пятый год эксплуатации коэффициент трансформации теплоты , представляющий собой отношение вырабатываемой ГТСТ полезной тепловой энергии к энергии, затрачиваемой на ее привод и определяемый для идеального термодинамического цикла Карно следующим образом: Кmр=То/(То-Тu) (1), где То — температурный потенциал тепла, отводимого в систему отопления или теплоснабжения, К; Тu — температурный потенциал источника тепла, К. Коэффициент трансформации теплонасосной системы теплоснабжения Ктр представляет собой отношение полезного тепла, отводимого в систему теплоснабжения потребителю, к энергии, затрачиваемой на работу ГТСТ, и численно равен количеству полезного тепла, получаемого при температурах То и Тu, на единицу энергии, затраченной на привод ГТСТ. Реальный коэффициент трансформации отличается от идеального, описанного формулой (1), на величину коэффициента h, учитывающего степень термодинамического совершенства ГТСТ и необратимые потери энергии при реализации цикла. Рынком для коммерциализации результатов проекта фактически является жилищный фонд РФ, составляющий 2818,1 млн. м2, со следующей структурой: муниципальный жилищный фонд — 24,1%, государственный — 6,8%, частный — 67,7%, общественный — 0,1%, смешанная форма собственности — 1,3%. Стратегическая задача программы коммерциализации научно-технических результатов проекта — обеспечение энергией по создаваемым технологиям к 2010 г. 1% рынка вводимого в эксплуатацию жилья, а к 2015 г. доведение доли присутствия технологии на этом рынке до 5%.
Компания NuernbergMesse, один из крупнейших европейских организаторов выставочных мероприятий, сделала тепловые насосы одной из ключевых тем выставки Chillventa - Международной выставки охладительного и вентиляционного оборудования, систем воздушного кондиционирования и тепловых насосов, которая впервые пройдет в Нюрнберге с 15 по 17 октября 2008 года. Немецкое общество производителей охладительного оборудования и систем воздушного кондиционирования (DKV) в этом году уже провело в выставочном центре Нюрнберга симпозиум на тему: Возможности и рамки использования тепловых насосов в жилых домах и коммерческих зданиях . В работе симпозиума приняло участие около 200 специалистов из 11 стран. На нем выступило 24 докладчика, представлявшие известные международные компании и организации. За период с 2005 по 2006 год объем продаж комнатных тепловых насосов в Германии вырос более чем в два раза, во Франции он увеличился на 50%, в Австрии – на 45%, Швейцарии – почти на 30%, Швеции – на 20%, пишет Строительство и недвижимость . Такой рост продаж, конечно, внушает оптимизм. Однако существует риск, что может пострадать качество этих приборов, так как выросла конкуренция между изготовителями, и сборочным предприятиям необходимо проводить соответствующую экспертизу. Петер Хубахер, эксперт швейцарского Общества по гарантийному и сервисному обслуживанию тепловых насосов (FWS), выступающий, по сути, связующим звеном между конечными потребителями, сборочными предприятиями и изготовителями, предупреждает: Каждая система, ассоциируемая с печальным опытом, оказывает на рынок негативное действие. Например, вряд ли семья купит тепловой насос, если в доме уже есть один подобный прибор, с которым имеются проблемы . Именно это случилось в семидесятые годы прошлого века, во время нефтяного кризиса. Тогда резко подскочил спрос на тепловые насосы, но рынок к такому буму готов не был. Результат: за очень короткий период репутация технологии производства тепловых насосов была сильно подорвана из-за частых ошибок с установкой приборов и проблем с их качеством. На этот раз ничего подобного не произойдет. В настоящее время производители лучше подготовлены, а продавцы лучше обучены. Тем не менее, для того, чтобы качество производимых тепловых насосов оставалось на хорошем уровне, что обуславливало бы их успешные продажи, чрезвычайно важны обмен мнениями и постоянные контакты между всеми заинтересованными сторонами – потребителями, продавцами и производителями. Содействие проведению выставки Chillventa оказывают такие солидные организации, как Федеральная гильдия немецких производителей охладительного оборудования (BIV), Бонн. И это не случайно, так как тепловые насосы относятся к тем приборам, которые постоянно совершенствуются, и для специалистов, особенно в области охладительного оборудования, здесь имеется широкое поле деятельности. Причиной этого является то, что в настоящее время тепловые насосы устанавливаются, в основном, сантехниками и специалистами по обогревательным приборам, так как первоначально использовались для отопления или нагрева воды, по крайней мере, в Северной Европе. Вместе с тем, для дальнейшего совершенствования и расширения диапазона применения тепловых насосов отнюдь не лишним являются технологии, разработанные экспертами в области производства охладительного оборудования, особенно там, где это касается тепловых насосов прямого испарения, так как технология сборки приборов заставляет учитывать и охладительный цикл. Еще одним фактором роста интереса к тепловым насосам со стороны экспертов по охладительным приборам является растущий спрос на реверсивные насосы, которые могут использоваться также для охлаждения в летний период. Таким образом, здесь в очередной раз прослеживается тесная связь между тепловыми насосами и охладительным оборудованием. Вывоз мусора литров и утилизация отходов Постановление губернатора челяби. Сравнение когенерационных систем. Энергетические установки. Модернизация системы освещения и теплообеспечения мариупольской городской больницы. Автономный энергоэффективный эко. Главная страница -> Технология утилизации Экологически чистая мебель: |
