|
| |
|
Главная -> Экология
Принципы оптимизации при проекти. Переработка и вывоз строительного мусораН. А. Рустамов, кандидат физико-математических наук, К. В. Чекарев (Лаборатория возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова) Преобразование энергии солнечного излучения в тепло, которое может быть либо сразу потреблено, либо использовано для получения электричества (по термодинамическому циклу, в котором тепловая машина приводит в движение электрогенератор), в силу своей простоты является достаточно доступным способом энергообеспечения потребителей различных уровней. Интерес к этому направлению использования энергии солнца в последние годы растет во всем мире. Известно, что солнечная энергия, преобразованная в тепловую, широко используется для бытовых целей, отопления и горячего водоснабжения, подогрева воды в бассейнах. Установки, применяемые для этих целей, содержат в качестве основной части солнечный коллектор, который работает по принципу парникового эффекта. Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент связан с теплопроводящей системой. Установку отличает простота конструкции и монтажа. С появлением коммерчески выгодных технологий за последние годы системы отопления и горячего водоснабжения с использованием солнечных коллекторов стали широко распространяться. Особенно активно эти технологии развиваются в странах Евросоюза, экономика которых испытывает существенную зависимость от импортируемого топлива, в связи с чем использование любых возобновляемых источников энергии всячески стимулируется правительствами. Обобщающим показателем развития этого направления может служить суммарная площадь солнечных коллекторов. В Европе на 2000 г. она составляла 14891000 м2, а во всем мире — 71341000 м2. Однако использование тепла, получаемого от солнечного излучения, не нашло широкого распространения в промышленности. Основной причиной этого, как и для всей возобновляемой энергетики, являлись низкие цены на ископаемое топливо, державшиеся в течение длительного времени, вследствие чего не было реальных причин для стимулирования развития альтернативной энергетики. Для оценки состояния дел с использованием в промышленности тепла, получаемого от солнца, Международным энергетическим агентством был разработан проект Task 33/1 Y, в котором участвовали 16 институтов и 11 компаний из восьми стран. Целью проекта была разработка солнечных станций, производящих тепло для промышленных целей. Ниже приводятся некоторые результаты, полученные в ходе выполнения проекта. Отрасли промышленности и производственные процессы, в которых может быть использовано тепло,получаемое от солнечных установок Отрасли Производствен- ные процессы Интервалы температур, °C Пищевая сушка мойка пастеризация стерилизация 30-90 40-80 80-100 140-150 Текстильная мойка отбеливание окрашивание 40-80 60-100 100-160 Химическая кипячение дистиллирование 95-105 110-300 В настоящее время в мире имеется порядка 85 солнечных установок, вырабатывающих тепло для производственных процессов, с общей площадью солнечных коллекторов 38500 м2. Наибольшее количество установок работает в пищевой (28%), текстильной (12%) и химической (10%) промышленности. В таблице приводятся сведения о возможностях использования тепла, получаемого от солнечных установок, в некоторых отраслях промышленности. Как видно из таблицы, наибольшее количество производственных процессов, в которых используется низкотемпературная вода (30-90°С), применяется в пищевой и текстильной промышленности, и они имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов. Данные таблицы также говорят о том, что существуют производственные процессы, для которых требуемая температура лежит в интервале 80- 250°С. Одна из задач проекта Task 33/1 Y заключалась в разработке солнечных коллекторов, перекрывающих этот интервал температур. Существуют различные возможности повышения температур плоских коллекторов до 80-120°С. Добиться этого можно за счет уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума. Дальнейшее повышение температур возможно путем введения в солнечные коллекторы концентраторов с небольшим коэффициентом концентрации (порядка 2-3) с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких температур требуются более сильные концентраторы и устройство слежения по одной координате. В рамках упомянутого выше проекта было разработано 23 варианта установок с солнечными коллекторами, в частности установка для обогрева промышленных цехов. Промышленные цеха часто имеют высоту 5-10 м, а требуемые значения температуры внутри них лежат в интервале 15-18°С. Небольшие температуры и простота схем включения солнечных коллекторов делают их идеальными для этих целей. Рис. 1. Система солнечных коллекторов, нагревающих воду для мытья контейнеров. Барселона, Испания. Установки для получения воды для мытья в пищевой промышленности и на транспорте из-за низких температур (40-90°С) аналогичны крупномасштабным установкам, которые используются для отопления жилых помещений и подачи горячей воды. Одна из демонстрационных систем в рамках проекта Task 33/1 Y была реализована в транспортном секторе. Испанская фирма Contank вблизи Барселоны занимается мойкой контейнеров для транспортировки по железной дороге жидких продуктов. Требуемая для этого температура воды находится в интервале 70-80°С. В день компания расходует 70-80 м3 воды, температура которой доводится до необходимой величины с помощью газовых нагревателей. Заменяющая их солнечная установка (рис. 1) состоит из солнечных коллекторов площадью 510 м2 и накопителя емкостью 40 м3. Стоимость такой установки составляет 14300 евро, при существующих ценах на газ она окупится за 10 лет. Для интервала температур 120-250°С требуются концентраторы с системой слежения по одной координате. В Египте объявлен тендер на строительство возле Каира солнечной установки с параболоцилиндрическими концентраторами для получения 1.3 т пара в час. Установка состоит из четырех рядов параболоцилиндрических зеркал площадью 1900 м2. Таким образом, несмотря на то, что применение солнечных установок для промышленных целей находится практически на начальной стадии, существует большой потенциал их использования. Для этого созданы достаточно дешевые технологии, простые в эксплуатации. Дальнейшие исследования, проводимые с целью увеличения интервала получаемых температур, должны привести к расширению области применения подобных солнечных установок в промышленности. Преобразование солнечного излучения по термодинамическому циклу В развитии этого направления преобразования солнечного излучения, в отличие от предыдущего, наблюдался почти десятилетний застой. Одной из причин этого может быть то, что солнечные электростанции оказались конкурентами электростанций, занимающихся централизованными поставками электроэнергии и работающих на традиционном и атомном топливе. Исследование и разработка солнечных тепловых станций, работающих по термодинамическому циклу, получили развитие в связи с нехваткой топлива и сложным политическим положением на Ближнем Востоке во время первого нефтяного кризиса 70-х гг. Тогда наиболее перспективным направлением казалось создание станций с паротурбинными установками, применяемыми на обычных тепловых станциях. Вместе с тем при разработке солнечных станций приходилось учитывать особенности солнечного излучения как источника энергии: средняя плотность потока при нормальном падении не превышает 1 кВт/м2, поступление энергии происходит циклично из-за смены дня и ночи, а также неравномерно из-за облачности. Впервые идея создания солнечной электростанции промышленного типа была выдвинута советским инженером Н.В. Линицким в 30-х гг. Тогда же им была предложена схема солнечной станции, которую сейчас принято называть схемой с центральным приемником, или башенной. В ней система улавливания падающей солнечной радиации состояла из поля гелиостатов — плоских отражателей, управляемых по двум координатам. Каждый гелиостат отражает лучи солнца на поверхность центрального приемника, который для устранения влияния взаимного затенения поднят над полем гелиостатов. Таким образом, солнечная энергия передается приемнику, расположенному в верхней части башни, оптическим способом. По своим размерам и параметрам приемник аналогичен паровому котлу обычного типа. Экономические оценки показали целесообразность использования на таких станциях крупных турбогенераторов мощностью 100 МВт. Для них типичными параметрами являются температура 500°С и давление 15 МПа. С учетом потерь для обеспечения таких параметров требовалась концентрация порядка 1000. Такая концентрация достигалась с помощью управления гелиостатами по двум координатам. Станции должны были иметь тепловые аккумуляторы для обеспечения работы тепловой машины при отсутствии солнечного излучения. Рис. 2. Солнечная станция башенного типа, построенная в Калифорнийской пустыне, США. В США было построено несколько станций башенного типа мощностью от 10 до 100 МВт (рис. 2). Подробный экономический анализ систем этого типа показал, что с учетом всех затрат на сооружение 1 кВт установленной мощности стоит примерно 1150 долл. Электроэнергия, вырабатываемая этими станциями, оказалась существенно дороже вырабатываемой на станциях, работающих на других источниках энергии. С целью создания станций, которые производили бы более дешевую электроэнергию, была предложена схема с параболоцилиндрическими отражателями, позволяющими отказаться от принципа единого приемника солнечной энергии и ввести распределенный приемник, который совмещается с фокальной линией параболоцилиндрических зеркал. Поскольку приемник расположен вблизи отражателя, можно осуществлять установку зеркал с меньшей точностью и по одной координате. Американо-израильской фирмой «ЛУЗ» были разработаны и стали серийно выпускаться станции мощностью 80 МВт. С 1984 по 1991 гг. в Калифорнийской пустыне было построено девять станций общей мощностью 354 МВт. При строительстве десятой станции в 1992 г. фирма обанкротилась, после чего несколько раз меняла владельца. В феврале 2005 г. все станции, кроме двух первых, были куплены одной из крупнейших фирм-производителей генераторов для ветроэнергетических установок. Станции фирмы «ЛУЗ» были модульного типа и состояли из параболоцилиндрических зеркал длиной 50 м, расположенных рядами через 7 м. Солнечное излучение фокусировалось на приемнике, представлявшем собой находящуюся в фокальной линии зеркала трубку с поглощающим покрытием. Внутри приемника помещалось минеральное масло, которое нагревалось до температуры 300-390°С. Теплоноситель поступал в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором. Стоимость электроэнергии, получаемой на таких станциях, ненамного превышала стоимость электроэнергии тепловых станций. Таким образом, впервые была показана возможность создания солнечных станций, работающих по термодинамическому циклу и производящих электроэнергию, сравнимую по стоимости с электроэнергией, вырабатываемой станциями на других видах топлива. В станциях с параболоцилиндрическими отражателями, в отличие от станций башенного типа, нет центрального приемника, но получаемое от солнца тепло используется для работы одной тепловой машины. Вместе с тем существует возможность создания станций модульного типа, в которых электроэнергия производилась бы тепловыми двигателями относительно небольшого размера с использованием тепла, собираемого с помощью сравнительно небольших отражательных систем. Поскольку в этом случае конструкция имеет небольшие размеры, процесс слежения за солнцем упрощается. Основная проблема при создании таких станций заключается в разработке подходящих тепловых двигателей. Одним из направлений создания таких двигателей была разработка двигателя Стирлинга, который мог бы работать в составе солнечных станций. Двигатель Стирлинга представляет собой машину, в которой рабочее тело (гелий или водород) постоянно находится в замкнутом пространстве внутри двигателя. Одна область цилиндра двигателя нагревается, а другая охлаждается. В рабочем цилиндре расположены два поршня — рабочий и вспомогательный. С помощью вспомогательного поршня рабочее тело переводится либо в нагреваемую область, либо в охлаждаемую. В нагреваемой части газ расширяется и совершает работу, сдвигая рабочий поршень. Когда рабочий поршень достигает мертвой точки, с помощью вспомогательного поршня рабочее тело переводится в охлаждаемую область, при этом давление газа падает, и рабочий поршень возвращается в исходное положение. Двигатель Стирлинга, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, называют двигателем внешнего сгорания, поскольку тепло к нему подводится извне. Двигатели Стирлинга могут использовать жидкое топливо, которое сгорает вне двигателя, однако они могут работать от тепла любого происхождения, и поэтому рассматриваются как возможный вариант тепловых машин для солнечных станций. Рис. 3. Солнечная мини-станция, состоящая из шести приемников с двигателями Стирлинга. Штат Аризона, США. В последние два десятилетия интерес к двигателям Стирлинга возродился. Были разработаны и построены двигатели Стирлинга, работающие на подводных лодках в качестве основных двигателей. Многими фирмами проводятся работы по созданию двигателей Стирлинга для солнечных станций (рис. 3). Примером перспективности создания солнечных станций с двигателями Стирлинга может служить следующая информация. Крупная компания из штата Калифорния (США) 11 августа 2005 г. заключила контракт с фирмой Stirling Energy System, Inc., разрабатывающей модульные установки к солнечным станциям, на строительство солнечной станции мощностью 500 МВт. Станция состоит из группы модульных установок, расположенных на площади 1823 га. Отдельный модуль содержит зеркальный параболический отражатель, состоящий из 82 прямоугольных частей, т.е. параболическое зеркало как бы разрезано вертикальными и горизонтальными линиями. Очевидно, это сделано для того, чтобы уменьшить ветровую нагрузку. Параболический отражатель крепится на трубчатой конструкции и закреплен на вертикальной штанге диаметром 457 мм. Вся конструкция управляется по двум координатам при слежении за солнцем. В фокусе отражателя на кронштейне закреплен двигатель Стирлинга таким образом, чтобы область нагрева находилась в фокусе отражателя. Диаметр параболического зеркала — более 11 м. В качестве рабочего тела в двигателе используется водород. Электрическая мощность каждого модуля — 25 кВт. Первая станция мощностью 1 МВт должна быть построена в начале 2007 г. Она будет состоять из 40 модулей. Установка 20000 модулей для станции мощностью 500 МВт начнется в 2008 г. Станция будет расположена в 112 км от Лос-Анджелеса. В настоящее время на полигоне компании в Нью-Мексико работают шесть таких модулей, которые успешно прошли испытания в течение 26000 часов. Подписанный контракт является самым крупным коммерческим договором на строительство солнечных станций. Производимая станцией электроэнергия будет стоить меньше 10 центов за 1 кВт • ч. Таким образом, учитывая сказанное выше, можно сделать следующее заключение о состоянии направления преобразования солнечного излучения в тепло и перспективах его использования. Преобразование солнечного излучения в тепло с помощью плоских солнечных коллекторов для бытовых нужд становится обычной практикой для многих районов мира. Использование тепла, получаемого с помощью солнечных коллекторов, для промышленных целей находится в начальном состоянии, однако существуют соответствующие технологии и условия для успешного развития данного направления Получение тепла от солнечного излучения и преобразование его в электричество по термодинамическому циклу, начавшееся в 70-х гг., начинает постепенно выходить из застоя, наблюдавшегося в последнее десятилетие, и имеет хорошие перспективы с появлением новых технологий.
Г-н Бенни Боом, доктор наук, энергетические технологии, отделение инженерной механики, Датский технический университет Г-н Халлдор Кристенсен, консультант, отдел энергетики, Carl Bro A/S Дает ли преимущества метод, при котором подающий и обратный трубопроводы имеют общее изоляционное покрытие? Ведет ли к повышению температуры обратной воды такой способ совместной изоляции подающих и обратных трубопроводов? Каким образом должны быть размещены рабочие трубопроводы внутри изоляционной оболочки при таком способе изоляции? Должны ли оба рабочих трубопровода при совместной изоляции иметь одинаковые размеры? Отличаются ли требования к проектированию разводящего трубопровода от требований к проектированию других видов трубопроводов, используемых в системах централизованного теплоснабжения (ЦТ)? Тепловые потери и потребность в ресурсах на традиционных и совместно изолированных трубопроводах. Недавно полученная информация об экономии энергии на сдвоенных трубопроводах в сравнении с парой отдельно изолированных труб может поначалу ввести в заблуждение. Классы изоляции этих двух основных типов трубопроводов сравнивать невозможно из-за различий геометрии поперечных сечений изоляционного слоя. Для сравнения тепловых потерь при применении тех и других основных систем трубопроводов следует учитывать затраты и выгоды как втом, и так и в другом случаях. Выигрыш здесь - это экономия от сокращения тепловых потерь, а затраты - это ресурсы, затраченные на производство и установку. Оценка эффективности в данном случае выполняется на модели, включающей множество переменных величин регрессии материальных ресурсов и трудовых затрат, также как цены и объема инвестиции. Составляя модель применения систем с одиночным или сдвоенным трубопроводами, во внимание принимают различные варианты затрат на стыки и комплектующие в комплексе с геометрией сети.Экономия, получаемая приприменениисдвоенных трубопроводов (рабочие трубы одинаковою размера) На графике 1 для сравнения представлены две системы одиночных трубопроводов типа РЕХ20 с тремя системами сдвоенных трубопроводов типа РЕХ20. Каждая из пяти систем имеет определенный диапазон диаметров ободочки, все они представлены на графике пятью соответствующими кривыми. Все трубопроводы имеют одинаковую пропускную способность и температуры, соответственно 70/30/8°С (подающий/обратный/грунт). Кривые показывают, что увеличение размера оболочки ведет к снижению потерь теплоты, но ее снижение становится менее значительным по мере увеличения размеров оболочки, в то время как удельные затраты растут по мере увеличения размера оболочки.Таким образом устанавливается предел эффективности возможного увеличения слоя изоляции для каждой системы.Первые две системы одиночных трубопроводов, изображенные в верхней части схемы, включают стандартное изоляционное покрытие на обеих рабочих трубах, в то время как вторая система имеет дополнительный изоляционный слой на прямом трубопроводе. При этом полученная экономия будет больше 10%, что показано соответствующей кривой (направленной вниз)- Однако, одновременно кривая устремляется вправо, что связано с ростом требуемых удельных затрат, ограничивая объем чистой экономии, которая сводитсяк незначительному уровню, как этопоказано на графике, так как обе кривые находятся практически одна поверх другой.Короткая кривая на рисунке показывает серийную сдвоенную рабочую трубу РЕХ20 с размером оболочек 90 и 110 соответственно. В обоих вариантах рабочие трубы расположены с одинаковым зазором, равным 19мм. По практическим соображениям стандартные величины зазоров между рабочими трубами выдерживаются насколько возможно дальше. Более универсальная версия сдвоенного рабочего трубопровода с общим диапазоном диаметров оболочек представлена соответствующей кривой ниже. Здесь величина зазора регулируется с учетом того, что относительный коэффициент тепловых потерь к тепловым потокам очень сильно зависит от того, как размещены рабочие трубы внутри изоляции. В данных системах соответствующая геометрия поперечного сечения поддерживается постоянной при различных диаметрах оболочек и относительной толщине трех слоев изоляции в пределах 35+30+35% (зазор со стороны обратного трубопровода + зазор рабочего трубопровода + зазор состороны подающего трубопровода).Сравнение в вертикальной плоскости кривой сдвоенного трубопровода икривой одиночного трубопровода приводит к выводу, что сдвоенный трубопровод в принципе при грубом приближении дает 40% экономии за счет снижения тепловых потерь (РЕХ 20 мм). Тем не менее, экономия, полученная в результате увеличения диаметров оболочек, похоже, может снизиться более резко в случае применения сдвоенных трубопроводов. чем в случае применения одиночных трубопроводов (это зависит от конструкции поперечного сечения). В промышленных условиях возможны ограничения размеров оболочек, что может снизить экономию до величины весьма незначительной по сравнению с указанной выше. Но такое снижение экономии будет трансформировано в экономию инвестиций.Последняя и самая нижняя кривая представляет сдвоенный трубопровод с асимметрично размещенным изоляционным слоем: более толстый слой изоляции – на горячей подающей трубе; такая компоновка достигается путем размещения рабочих труб внутри оболочки таким образом, чтобы относительная толщина трех слоев изоляции составила 25+20+55% (зазор со стороны обратной трубы + внутренний промежуточный зазор + зазор со стороны подающей трубы). Из графика можно понять, что дополнительная экономия составит около 10%. В целом это почти соответствует классу изоляции (диаметр оболочки). Величина этой экономии относительно не зависит от диаметра изоляции.Еще один аргумент в пользу асимметричной изоляции в сдвоенных трубах заключается в следующем: меньше половины экономии на сдвоенном трубопроводе мы получаем на подающей трубе. В то же время большую часть экономии мы получаем от снижения тепловых потерь на обратной трубе (возможно 80%); экономия на подающей трубе ограниченавеличиной, составляющей около 30%, но даже при этом суммарный объем полученной экономии составит 40%. Вслучае с разводящими трубопроводами температурные потери весьма значительны, часто они составляют 2-3°С. Это еще раз говорит в пользу применил асимметричной изоляции сдвоенных труб.Экономия, получаемая на двойных трубопроводах (различные размеры рабочих труб) Существует другой метод снижения тепловых потерь в подающем трубопроводе. Он заключается в уменьшении размера (диаметра) подающей трубы, но таким образом, что наиболее важный изоляционный слой. ближайший к подающей рабочей трубе, выполняется более толстым. Затраты на производство и прокладку остаются на том же уровне, но количество воды. транспортируемое через эту пару труб, будет меньше. Общую картину сравнения для разных диаметров дает график 2, однако материал данной статьи посвящен разводящим трубопроводам. Обследование начинается с трубопровода РЕХ 20 мм с постепенным снижением диаметров рабочих труб, что дает возможность увидеть получаемый эффект. Результирующие кривые тепловых потерь и пропускной способности труб можно видеть на рисунке 2. График включает три группы двойных трубопроводов: первая группа с рабочими трубами одного диаметра (сдвоенный трубопровод), следующая группа – двойной трубопровод с подающей трубой на один размер меньше обратной трубы, т.е. (подающая/обратная) 18/20, 16/18 мм и т.д.; в то время как в последней группе подающая труба на два размера меньше обратной (16/20, 14/18). Определения Одиночный трубопровод: пара рабочих труб, изолированныхотдельно. Сдвоенный трубопровод: пара рабочих труб одинакового размера, изолированных совместно. Двойной трубопровод: пара рабочих труб разного размера, изолированных совместно. Строенный трубопровод: три рабочих трубы с общей изоляцией: два подающих и один обратный. Асимметричная изоляция: болеемощный изоляционный слой накладывается на подающий рабочий трубопровод, обратный трубопровод имеет облегченную изоляцию. Такой метод применяется для всех вышеупомянутых типов трубопроводов. Сравнительный анализ трех графиков дает нам следующее: принцип использования рабочих труб разного диаметра не дает какой-либо ощутимой экономии, только небольшой процент и в случае использования трубопроводов небольшого диаметра. Однако, график также показывает, что при применении такой комбинации, когда двойные трубопроводы используются совместно со сдвоенными, появляется более благоприятная возможность наладить потоки в трубопроводах, и это может дать экономию в отдельных случаях до 8 или 10%, что в среднем составит4% для большей части разводящих трубопроводов. Такая возможность получить «дешевую» экономию не должна быть упущена.Еще один аргумент в пользу подающих рабочих труб небольших диаметров: в случае их использования, особенно, когда это касается разводящих трубопроводов, экономия за счет сокращения потерь теплоты в подающем трубопроводе ведет также к меньшему снижению температуры. Это значит, комфорт выше, или поток меньше, а на критичны (аварийных) участках сети экономия за счет снижения температурных потерь позволяет транспортировать в подающем трубопроводе от источника теплоты воду с более низкой температурой, что также ведет к снижению тепловых потерь во всей сети.Температурные (тепловые) потери могут быть критичными в таких ситуациях, когда мы имеем неравновесную нагрузку (например, использование горячей воды для бытовых нужд).Теплоты теряется меньше тогда, когда трубы охлаждаются в ночное время в связи со снижением потребления воды;подающий трубопровод меньшего диаметра позволяет горячей сетевой воде быстрее дойти до потребителя (т.е.утром, когда она транспортируется поранее охлажденной разводящей трубе). Тем не менее, это не верно, что малые размеры (диаметры) трубопровода дают возможность снизить потери температуры, благодаря большей скорости воды в статических условиях.Причина в том, что в трубопроводахменьшего диаметра находится меньшееколичество воды, т.е. меньший объем воды охлаждается, эти два геометрических фактора имеют общее происхождение и уравновешивают один другого. Следовательно, экономия на статической температуре при применении трубопроводов меньшего размера возможна только благодаря экономии за счет снижения тепловых потерь.Все вышесказанное подводит к важному выводу, смысл которого заключается в том, что даже, если на первый взгляд двойные трубы не имеют никаких преимуществ перед сдвоенными (рассматривается случай с малыми размерами трубопроводов), значительные улучшения достигаются посредством множества косвенных воздействий. Асимметрично изолированный двойной трубопровод (что подразумевает разны диаметры труб) может рассматриваться как лучший вариант по сравнению с применением симметрично изолированного сдвоенного трубопровода.Однако существует ее один дополнительный тип трубопроводов со значительным энергосберегающим потенциалом – это строенный трубопровод. Схема такого трубопровода представлена на графике 2 одним примером. Строенный трубопровод объединяет в себе преимущество трубопровода большого диаметра, т.е. достаточной пропускной способности, а подающий трубопровод малого размера дает возможность снизить тепловые потери. Оба этих преимущества обеспечивает конфигурация трубопровода, включающего два подающих трубопровода вместо одного. При этом два подающих трубопровода имеют разные диаметры и каждый из них – меньшего размера, чем размер обратного трубопровода. Большую часть времени эксплуатируется только подающий трубопровод меньшего размера )диаметра), а поддающий трубопровод большего размера открывается в случаях коротких периодов пиковой нагрузки. Больший подающий трубопровод также служит в качестве резервного, т.е. он не эксплуатируется; при этом мы как бы не получаем конфигурацию трубопровода с трубами меньшего диаметра, обеспечивающего экономию за счет снижения тепловых потерь. Из графика видно, что строенный трубопровод имеет преимущества над другими конфигурациями. Однако, показанныена графике тепловые потери, когда в работе находится только подающий трубопровод меньшего диаметра, и его работа занимает только 2-4% от всего времени работы всей системы, нельзя принимать как верные. Таким образом, средняя величина тепловых потерь несколько повысится. Более того, необходимо принимать во внимание -эксплуатационный режим в динамике. Сравнительно простые замеры, проведенные на месте на работающем строенном трубопроводе, показали, что может быть получен значительный уровень экономии. Необходимо отметить, что строенные трубопроводы не могут применяться для всех типов потребительских установок. Кроме того, сооружение такого трубопроводаставит определенные требования к принципиальным проектным решениям установки на стороне потребителя.Тепловой обмен между двумя рабочими трубами и влияние температуры обратной воды В случае с обратным трубопроводом теплвые потери рассчитываются по следующей формуле: где U]r и U, - коэффициенты тепловых потерь, а Тг Тг и Ти - температуры в подающем трубопроводе, в обратном трубопроводе и в ненарушенном грунте соответственно. U]r- тепловой поток от обратного трубопровода (при отсутствии подающего трубопровода), a U, - тепловой поток от подающего трубопровода к обратному обратному.ВеличинаU, зависит от расстояния между двумя рабочими трубопроводами, а также от теплопроводности изоляционного материала.При грубом приближении в качестве значений двух коэффициентов тепловых потерь могут быть представлены следующие величины (рассматривается случай с малыми диаметрами труб): • для медных сдвоенных труб: U, / U,= 45-50%;• для канальной прокладки (ячеистый бетон):U, /U, = 35-50%, в зависимости от содержания влаги; • Для сдвоенных труб типа РЕХ: U, / U, = 25%;• Для одиночных изолированных труб:U,/U,=3%. Это значит, что, как можно ожидать, тепловой поток от подающего трубопровода к обратному будет относительно большим в случае со сдвоенными трубопроводами, чем с одиночными. Также большим он будет и в случае со сдвоенными медными трубами в отличие от случая с применением сдвоенных РЕХ труб (традиционно в сдвоенных медных трубах расстояние между рабочими трубами делается короче).Чтобы проиллюстрировать объем теплового потока от подающего трубопровода к обратному рассмотрим пример со сдвоенным трубопроводомтипа РЕХ 20/20/90 (подающий/ обратный/оболочка, мм) Рисунок 3 показывает величину тепловых потерь в условиях изменения расстояния между рабочими трубами от 0 до 46 мм. В последнем случае рабочие трубы касаются внутренней стороны обсадной трубы (оболочки).Суммарная величина тепловых потерь и тепловые потери от обратного трубопровода увеличиваютсяс увеличением расстояния междурабочими трубами. Если расстояние между рабочими трубами более 10 мм, мы имеем положительную величинутепловых потерь в обратном трубопроводе, это означает, что нет подогрева обратной воды. Суммарная величина тепловых потерь минимизируется посредством минимизации расстояния между рабочими трубопроводами. Но обычно такая задача невыполнима из-за того, что тепловой поток от подающего трубопровода к обратному больше. Это вызывает ненужное падение температуры в подающем трубопроводе и подъем температуры в обратном.Настоящие расчеты сделаны для коэффициента теплопроводности порядка 0.028 Вт/(м К). Сегодня на рынке представлена пенополиуретановая изоляция, обладающая более высокими качествами: она способна снижать все тепловые потоки, включая теплообмен между рабочими трубопроводами. В Дании сдвоенные трубы небольшого диаметра очень часто выполняются с зазором между ними в 19 мм. График 4 показывает изменения тепловых потоков под влиянием изменений температуры воды в обратном трубопроводе при условии, что температура в подающем трубопроводе постоянна. Чистый объем тепловых потерь в обратном трубопроводе равен величине тепловых потерь от обратного трубопровода. График показывает, что если температура обратной воды остается на уровне выше 23 С, тогда «вклад» теплоты от подающего трубопровода ниже, чем величина тепловых потерь от обратного трубопровода в окружающее пространство. Следовательно, повышения обратной температуры не будет.В целом, температура обратной сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения держится в диапазоне 30-50 С в зависимости от нагрузки, состава абонентов и т.д. Однако, что касается разводящих трубопроводов, изменения температуры обратной воды могут быть более значительными. При обследовании предприятия Nykobing Falster в рамках проекта, выполняемого при спонсорской поддержке Датскойассоциации централизованного теплоснабжения, были сделаны замеры на разводящих трубопроводах. Результаты проведенной работы показали, что температура обратной вода снижалась до 25-30°С на короткие периоды в связи с разбором горячей воды для бытовых нужд.Следовательно, можно сделать вывод, что сетевая вода в обратном трубопроводе, выполненном в сдвоенном варианте типа РЕХ, в общем случае не подогревается сетевой водой из прямого трубопровода. ЗаключениеНовые альтернативные методы проектирования разводящих трубопроводов, включая комбинацию совместногоизолирования сасимметриейрасположения труб и применения двух или трех груб разного диаметра, имеют, в отличие от традиционного метода применения пары трубопроводов, значительный энергосберегающий потенциал. Величина экономии при приблизительном подсчете будет составлять до 50%. В целом подогрев воды в обратном трубопроводе - не проблема. Полученные результаты весьма важны в практическом применении в связи с постоянным увеличением тепловых нагрузок и ростом цен на энергоносители; на трубопроводы, обслуживающие одного или нескольких потребителей, приходится половина всех тепловых потерь в сети.Ссылки1. Bohm,B & Kristjansson H. “Одиночные, сдвоенные и строенные сетевые трубопроводы подземной прокладки: потенциал энергосбережения за счет снижения тепловых потерь и затрат” . Международный журнал энергетических исследований (International Journal of Energy Research) 2005, 29, 1301-1312 2. Kristjansson H и др.“Fjernvarmeforsyning af lavenergiomrader” («Подача централизованного тепла в районы с низкой тепловой нагрузкой»). EFP 2001. 106 p. “Carl Bro”A/S, Датский технический университет, 2004, ISBN 87-7475-315-0.Для получения дополнительной информации предоставляем наши контакты: Датский технический университет Энергетические технологии, Отделение инженерной механики Technical University of Denmark Energy Engineering Department of Mechanical Engineering Att.: M-r Benny Bohm DK-2800 Kongens Lyngby Tel: +45 4525 4024 bb@mek.dtu.dk Carl Bro A/S, Att.: M-r Halldor Kristjansson Granskoven 8 DK-2600 Glostrup Tel.: +45 4348 6060 hkn@carlbro.dk Зависимость от российского газа. Новая разработка clivet. Економічний ефект індивідуальнихприладів опалення баштанка. Прогнозы tricorona относительно выдачи ссврасположенная в стокгольме компания-закупщик углеродных квот tricorona во вторник заявила о том, что в 2008 году ожидается меньшее количество выданных оон углеродных квот по сравнению с предыдущим годом. Украинская металлургия-2006. Главная -> Экология 
|