|
| |
|
Главная -> Экология
Энергетические установки использующиенизкотемпературные источники энергии. Переработка и вывоз строительного мусораСветлана Воронцова Сегодня власти США официально заявили, что решили бороться с своими методами. В течение года американцы совместно с австралийцами в тайне от всех разрабатывали экологический проект, который должен стать альтернативой знаменитому Киотскому протоколу. В борьбе с мировым парником к ним присоединились Китай, Индия и Южная Корея. Все вместе они образовали так называемое Азиатско-Тихоокеанское Сотрудничество. Еще месяц назад британский премьер Тони Блэр настоятельно требовал у стран большой восьмерки воздействовать на Джорджа Буша в вопросе уменьшения количества вредных выбросов в атмосферу Штатами. Напомним, что Он был составлен, чтобы координировать международные усилия по борьбе против глобального потепления. Сейчас протокол ратифицировали порядка 70 стран, однако на их долю приходится только 27% вредных выбросов. А одни только Штаты производят больше четверти всех мировых ядовитых веществ. Тем не менее, Буш заявил, что конвенция в ее нынешнем виде наносит ущерб американской экономике, и отказался сотрудничать с Европой. И вот Америка решила пойти своим путем . Детали альтернативного договора по решению экологических проблем пока не разглашаются. Но уже было заявлено, что согласно ему, страны должны сотрудничать в вопросах развития экологически чистых технологий производства электроэнергии. Они подразумевают использование помимо прочего в качестве топлива очищенного угля, сжиженного природного газа и метана. Группа защитников окружающей среды Друзья Земли отнеслась скептически к пакту Азиатско-Тихоокеанского Сотрудничества, поскольку в нем ничего не говорится о нормах и датах сокращения вредных выбросов этими странами. Похоже, что Америка просто пытается, как всегда, сделать бизнес из проблем окружающей среды – заявила Кэтрин Пирс, член экологической группы. Известно, что США, Австралия и Китай являются крупными экспортерами угля и заинтересованы в развитии и продвижении на рынок вышеуказанных технологий. Официальный представитель США Роберт Золлик заявил, что новый пакт не является альтернативой Киотскому протоколу, а только его дополнением. Однако слова министра экологии Австралии Яна Кэмпбелла заставляют думать противоположное. Очевидно, что Киотский протокол не приведет мир к улучшению экологической ситуации. - сказал он, - Мы придумали кое-что, что подействует лучше. Мы нуждаемся в таком развитии технологий, которое осуществимо в Австралии. Однако Киотский протокол не только предписывает уменьшение вредных выбросов. Торговые соглашения, заключенные в его рамках, позволяют развитым странам экспортировать энерготехнологии с пониженным использованием угля и сам очищенный уголь в развивающиеся страны. Австралия и США не могли принимать участие в подобного рода сделках, поскольку отказались от ратификации протокола. Благодаря же своему новому пакту, эти страны смогут навести экологически обоснованные торговые мосты с Китаем, Кореей и Индией.
Грунтовые теплообменники в вертикальныхскважинах в последние 10-15 лет широкоприменяются в качественизкотемпературного источника тепла длясистем отопления и горячего водоснабженияс использованием тепловых насосов. Этотэкологически чистый источник тепладостаточно часто используется, например, вШвейцарии, где в настоящее времяэксплуатируется около четырех тысяч такихустановок. Алтайским региональным центромнетрадиционной энергетики иэнергосбережения были проведеныисследования вопросов взаимного влияниявертикального грунтового теплообменника итеплового насоса [186]. За основу была взятаавтоматизированная теплонасоснаяустановка АТНУ-10 (рабочая жидкость - R22),разработанная АК ИНСОЛАР в рамкахГосударственной научно-техническойпрограммы России Экологически чистаяэнергетика и выпускаемая предприятием ЭКОМАШ (г. Саратов). В систему такжевключен вертикальный грунтовойтеплообменник в скважине глубиной не более100 м (как показали гидрогеологическиеисследования, 67% населения Алтайского краяпроживает на территории где глубиназалегания первого водоносного горизонтаменьше 30 м). Базовая температура грунтапринята равной 280 К, что соответствуетсредней оценке температур на глубине более5 м для условий Алтайского края. Автоматизированная система управлениятеплового насоса типа АТНУ рассчитанатаким образом, чтобы он работал приоптимальных условиях с постояннымзначением теплового потока, определяемымтепловым потоком от первичноготеплоисточника, входной температуройвысокотемпературного контура и массовойскоростью теплоносителявысокотемпературного контура. При снижениитребуемой тепловой нагрузки должнопроисходить отключение теплового насоса довосстановления заданной температуры. Еслимощность грунтового теплообменниканедостаточна для покрытия теплопотерь ввысокотемпературном контуре, долженвключаться пиковый доводчик. Результаты, показали, что извлекаемая изгрунта тепловая энергия линейно зависит отлогарифма рабочей длины теплообменника.При этих условиях (фильтрационная скорость10 м/сут) для получения из грунта 5-6 кВттепловой мощности необходимая глубинатеплообменника составит 50-60 м.Конструктивные особенности АТНУ требуютопределенных условий для расходатеплоносителя высокотемпературногоконтура. Минимальный расход теплоносителяв контуре отопления должен составлять 0,3 кг/с(1 м*/ч). При меньших объемах в системеначнется накопление тепла и, как показалииспытания на натурной установке, этоприведет к повышению температуры идавления хладона, ухудшению работыиспарителя и уменьшению съема тепла вгрунтовом теплообменнике. И хотя при этомтемпература теплоносителявысокотемпературного контура повышается,эффективность работы всей схемы,определяемая отопительным коэффициентом,падает. Большой интерес к использованию грунта вкачестве источника тепла проявляется вЕвропе. Конструкция испарителяпредлагается [1] в форме серпантина изтрубок диаметром около 25 мм, уложенных напостоянной глубине на площади в несколькосотен квадратных метров. С целью уменьшениякапитальных затрат трубки располагаютсякак можно ближе к поверхности. Изучение грунта как источника тепла,поведённое в Европе показало, что тепловойпоток к испарителю из грунта составляет 20-25Вт/м, минимальное значение для Европысоставляет 10 Вт/м, максимальное 50-60 Вт/м. Оптимальная глубина и шаг размещениятрубок составляют соответственно 1,5 и 2 м. Внекоторых случаях из-за взаимного влиянияпредел 2 м расширяется. Трубки можноразмещать на меньшей глубине, но при этомпроизводительность теплового насоса можетснижаться на 5% на каждый градус понижениятемпературы испарителя. Помимо варианта испарениянепосредственно хладоагента можноиспользовать промежуточный теплоноситель -рассол, циркулирующий по трубкам в грунте иотдающий тепло хладоагенту в специальномтеплообменнике. Средняя температурарассола зимой составляет -3° С. Если содержание воды в почве велико,показатели повышаются благодаряувеличению теплопроводности и хорошемуконтакту с трубками. Большая концентрация впочве гравия вызывает ухудшениехарактеристик. В Дании рассмотрена возможностьприменения не горизонтальных, авертикальных трубок, которые можноиспользовать в режиме не только нагрева, нои охлаждения здания летом, когдаприменяется реверсивный тепловой насос [1]. Была обнаружена и такая интересная деталь.Минимум температуры грунта всегда выше, чемвоздуха, и достигается двумя месяцамипозднее, когда требуемая мощностьотопления снижается. Вертикальные трубки занимают меньшеместа и позволяют в некотором смыслеиспользовать тепло, аккумулированное влетние месяцы, что дает им экономическиепреимущества. Исследования вертикальных U-образныхтрубок показали [1] возможностьзначительного извлечения тепла.Горизонтальный испаритель с площади 150-200 мпозволяет получить 12 кВт тепла. U-образныетрубки, размещенные в скважинах диаметром127 мм и глубиной 8 м, позволили получить 12 кВттолько из двух скважин. Отсюда видно, что U-образныетрубки снижают требуемую поверхностьгрунта в 10-20 раз по сравнению сгоризонтальными. Несмотря на сравнительную дешевизнуотечественных тепловых насосов по сравнениюс зарубежными при современном слабом финансовомположении предприятий, внедрение тепловыхнасосов встречает определенные трудности.Непоследнюю роль играет большая новизна инепривычность этой техники для нашихпотребителей. Эти проблемы преодолевалисьза рубежом путем предоставления в течениенескольких лет льгот предприятиям,внедряющим теплонасосные установки. Вбольшинстве стран Западной Европы наприбыль, получаемую от применения тепловыхнасосов, устанавливался меньший налог,а в некоторых странахделались прямые финансовыедотации. Так, в Австрии фирмам, использующимтепловые насосы, установлена финансоваядотация до 100 тыс. шиллингов, аФРГ в начале 90-х годов такимфирмам предоставлялосьправо на налоговую скидку, доходящую до7,5 % капитальных затрат (приусловии их капитализации), что равноценно финансовой дотациив размере до 20 % затрат на теплонасосныеустановки. В итоге в Австрии сейчасработает l05 тыс. ТНС,дающих ежегодную экономию 116 тыс. т мазута. Кроме использования тепла грунтанаиболее привлекательным дляиспользования в домашних приложенияхтеплового насоса является “бесплатный”источник тепла для создания комфортныхусловий внутри дома - воздух. Онобщедоступен и привлек наибольшее вниманиев массовом производстве. В тех случаях,когда доступна вода, она имеет несколькопреимуществ по сравнению с воздухом.Активно исследуется использованиесбросного тепла или солнечных коллекторов,к которым проявляется интерес и в Европе и вАмерике. Наибольшее распространение получилитепловые насосы с воздухом в качествеисточника тепла с самого начала ихприменения в домашних условиях. В основномвоздух же является и тепловым стоком. Какисточник тепла воздух обладает рядомнедостатков, поэтому требуется тщательнаяоптимизация конструкции в зависимости отместа установки, где температура воздухаможет быть существенно различной. Характеристики теплового насоса и вособенности КОП уменьшаются по мереувеличения разности температур испарителяи конденсатора. Это оказывает особеннонеблагоприятное влияние нa тепловые насосыс воздушным источником тепла. По мереснижения температуры окружающего воздухатребуемое количество тепла для отопленияповышается, но способность тепловогонасоса поддерживать даже постояннуютепловую мощность существенное снижается.Для преодоления этого недостатка частоприменяется дополнительный нагрев. Для условий Англии и большинства странЕвропы стоимость теплового насоса с любымисточником тепла заметно выше, чем обычнойцентральной котельной [1]. Чем большую долюпокрывает тепловой насос в домашнейтепловой нагрузке, тем выше разница вкапиталовложениях, поэтому тепловые насосы,как правило, рассчитываются лишь на частьгодовой тепловой нагрузки, а оставшуюсячасть дает дополнительный нагреватель,чаше всего электрический (в США) и наорганическом топливе (в Европе). Выбор междуними определяется соотношениемкапитальных и эксплуатационных затрат.Если тепловой насос обеспечивает ивоздушное кондиционирование летом, егоразмеры и мощность могут диктоватьсяименно этим применением. Дополнительный нагрев требуется, когдатемпература окружающего воздуха упадетниже нуля, при этом тепловые потери зданияпревосходят тепловую мощность насоса. Дляповышения экономической эффективностисистемы включение дополнительногонагревателя, в данном случаеэлектрического, рекомендуется только тогда,когда тепловой насос не может покрытьполную нагрузку. Все источники тепла для тепловых насосовв той или иной мере подвержены влияниюсолнечной энергии, но её можно использоватьи непосредственно с помощью солнечныхколлекторов с циркуляцией теплоносителя,подогрева воздуха, входящего в испаритель спомощью солнечных концентраторов. Хотясолнечные концентраторы, по-видимому, болеепригодны для абсорбционных тепловыхнасосов. Они еще мало применяются вдомашних условиях, но служат предметомзначительной исследовательской работы. Дляподогрева генератора в абсорбционном циклетребуются более высокие температуры, чемдостижимые обычными плоскими коллекторами.Однако применение абсорбционного цикла длякондиционирования допускает нагрев отплоских коллекторов, поскольку здесьдолжна быть температура ниже и, потомуохлаждение воздуха проводится летом, какраз тогда, когда солнечная радиацияинтенсивна и температура коллектораповышена. Вместе с другими источниками тепла длятепловых насосов широко применяютплоские коллекторы, размещенные на крышах.Вообще солнечные коллекторы интенсивноизучаются для применения не только степловыми насосами, но и самостоятельно, атакже в схемах с аккумуляторами тепла.Последние представляют интерес и длятепловых насосов как источник тепла воблачные дни или ночью. Давая тепло в испаритель при температуреболее высокой, чем окружающий воздух, грунтили вода, солнечные коллекторы повышают КОПтеплового насоса. Обычно промежуточный теплоноситель - водапередает тепло от коллектора к испарителю.Но может быть и полное совмещениеколлектора с испарителем, где хладоагентиспаряется непосредственно внутри трубоксолнечного коллектора. Часто тепло от солнечного коллектораподается в жидкостный тепловой аккумулятор,куда погружены трубки испарителя. Тепловойаккумулятор играет существенную роль влюбой солнечной теплонасосной системе. Вдоме фирмы Филлипс, например, солнечныйколлектор (20м2) собирает в год 36-44 ГДжтепла (при среднем КПД 50%), сохраняемого вбаке 40м3 при температуре до 95° С [1]. Была предложена схема дома с минимальнымпотреблением энергии, использующим тритепловых насоса: один для передачи тепла сповышением температуры от солнечногоколлектора к аккумулятору, второй - отаккумулятора к системе отопления и третий -от аккумулятора к системе горячеговодоснабжения. Солнечные коллекторы рассматриваюттакже в сочетании с грунтовыми. [1]Установлено, что размеры солнечногоколлектора должны быть больше 3 м2 на 1кВтпотерь тепла жилищем. При солнечномколлекторе площадью 30м3 с грунтовымиспарителем, занимающим только 100 м,достигается КОП=3,4. Если же использоватьтолько грунтовый испаритель, то требуетсяповерхность 300 м, и при этом получается КОП=2,7. Тем не менее, может оказаться, чтонесмотря на повышение КОП, экономия топливаможет не окупить стоимость установки,особенно солнечного коллектора. Другиеработы в этой области показывают, что притепловой мощности ТНУ 6 кВт требуетсяповерхность 20м2. Кроме того, ТНУ может использоватьтепловые сбросы самого жилья, например,уходящие газы из кухонных печей или вообщеиз кухни, сбросную воду. В Голландии ТН былприменён для домашней сушилки посуды. Тепловыбрасываемого влажного воздухаиспользуется для подогрева сухого,подаваемого в сушилку. Тёплый влажныйвоздух из сушилки проходит в испаритель ТНи охлаждается. При охлаждении из неговыпадает влага, и воздух становитсяпригодным для рециркуляции. В испарителеиспользуется как явная, так и скрытаятеплота уходящего воздуха. Рециркулирующийвоздух проходит сквозь конденсатор инагревается теплотой конденсации. Экономияэнергии достигает около 48%. Далее приведенынекоторые характеристики ТНУ, широкоприменяющихся за рубежом. Характеристики ТН-установки“Carrier” (США) - простой реверсивный тепловойнасос воздух-воздух [1]. Табл. 2.1.2. Характеристика 50М 027 50М 037 50М 047 Номинальная холодопроизводительность, кВт 7,7 10,7 14,7 Номинальная теплопроизводительность, кВт 8,7 10,7 14,4 КОП (отопления) 2,5 2,5 2,4 Масса, кг 152,5 169,6 174,6 Заряд хладоагента R22, кг 3,0 2,9 4,0 Компрессор Герметичн. двухцилиндр.2900об/мин Внешний вентилятор Пропеллерный с непосредственным приводом.1200об/мин Мощность двигателя, кВт 0,19 0,19 0,19 Внешний теплообменник Плоский оребрённый Число рядов и шаг оребрения, мм 2х1,5 2х1,5 2х1,5 Площадь сечения, м2: внутренний виток 0,73 0,85 0,66 средний виток - - 0,85 наружный виток 0,77 0,89 0,89 Внутренний вентилятор Центробежн, с непоср. привод. гориз. Номинальный расход воздуха, м/ч 1690 2340 3190 Диапазон расходов воздуха, м/ч 1360-2170 1870-2720 2470-3400 Мощность двигателя, кВт 0,19 0,37 0,37 Скорость вращения, об/мин 1100-825 900-800 900-800 Внутренний теплообменник, число рядов и шаг оребрения, мм Плоский оребрённый 3х2,0 Площадь сечения, м2 0,31 0,43 0,43 Характеристики ТН фирмы “Lennox”,комбинируются с огневой системой отопления,что исключает систему дополнительногонагрева [1]. Табл. 2.1.3. Тип установки Номинальная холопроизвод. при 24° С,кВт Номинальная холодопроизвод. при 7° С,кВт Полная потребляемая мощность, кВт Охлаждение Нагрев НР8-261 6,5 6,5 2,8 3 НР8-263 6,5 6,5 2,8 3 НР8-411 9 9,5 3,7 3,8 НР8-413 9 9,5 3,7 3,8 НР8-513 12 12,5 4,6 4,9 НР8-653 15,5 15,5 5,8 5,9 Тепловые насосы вобщественных зданиях Основная задача компрессорногооборудования в общественных зданиях этоохлаждение, необходимое либо поклиматическим условиям, либо для отводатепла внутренних источников освещения,оборудования, персонала. Значительнойхолодильной нагрузки требуютвычислительные центры в служебных зданиях.При этом как правило, не учитывается, чтоприменяемая холодильная установка поприроде своей является тепловым насосом.Несмотря на то что тепло, отводимое отконденсатора холодильной установки, имеетотносительно низкую температуру, егополезное использование дает существеннуюэкономию энергии. Соотношение между теплотой, отводимой отконденсатора, и потребляемой мощностью идля холодильника и для теплового насосасильно зависит от разности температуриспарения и конденсации. Эта зависимостьопределяет экономичную температуру водыпосле конденсатора xoлодильной машины в техслучаях, когда ее тепло полезноиспользуется. Экономически оправданнымявляется уровень температуры 41-42°С. В этомслучае мощность, потребляемая компрессором,повышается незначительно по сравнению счисто холодильным режимом и в то же времяпоявляется возможность не сбрасывать, аполезно использовать теплоту конденсации. Наиболее известная реализация этойконцепции - тепло от холодильной машины,охлаждающей воздух в центральной частиздания, не выбрасывается, а используетсядля обогрева комнат по периметру здания, вкоторых из-за остекления окон и дверейпотери тепла повышены [1]. Тепло из центральной части зданияпоступает с помощью водяной системыохлаждения к испарителю, а далее с помощьюхладоагента и компрессора эта энергияпередаётся конденсатору. Полезное тепло спомощью сети нагретой воды передаётся ввоздушную градирню через специальныйконденсатор, часть тепла используется длянагрева воды или технологических целей. Взимний период, когда одновременнотребуется и охлаждение и нагрев, частьконденсатора работает на отопление,избыток тепла сбрасывается в градирне. Подобная схема кондиционирования-отопленияназывается централизованной, сиспользованием одного большогохолодильника (теплового насоса) и комнатныхтеплообменников. Может применятся идецентрализованная - с индивидуальнымитепловыми насосами во всём зданиинепосредственно в местахкондиционирования. В последнем случае ониподключаются к неохлаждаемой центральнойводяной системе, в которой с помощьюдополнительного водонагревателя иградирни температура поддерживается винтервале 15-32° С. Каждая кондиционнаяустановка содержит полную холодильно-теплонасоснуюсхему с вентилятором для циркуляциикомнатного воздуха, подключённую к водянойсистеме. Вода служит тепловым стоком приработе в холодильном режиме и источникомтепла в режиме отопления. Дополнительныйнагрев требуется только в случае оченьхолодной погоды, когда большинствоустановок работает в режиме нагрева. Подачатепла в водяную систему производится откотельной, электрического наружногонагревателя, солнечной энергии илиисточника сбросного тепла. Потребности втепле уменьшаются, когда одна или несколькоустановок должны работать в холодильномрежиме. При средних температурах наружноговоздуха установки с теневой стороны зданияработают на нагрев, с солнечной стороны - наохлаждение. Если примерно 30% установокработают в холодильном режиме, то они даютдостаточно тепла в водяную систему, чтоисключает необходимость для зданияполучать или отдавать тепло. В зданиях с внутренним тепловыделением отосвещения, компьютеров и т. п. и высокимуровнем теплоизоляции,может понадобитьсякруглогодичное локальное охлаждение.Полученное здесь тепло передается вводяную систему и далее к установкам попериферии здания, которые в зимние месяцыработают на нагрев. Децентрализованные системы можно такжеиспользовать в зданиях, где требуетсяохлаждение днем и нагревание ночью. Еслиднём температура воды в сети повышается домаксимального значения, допустимого дляработы холодильных устройств, +32° С, то теплоне сбрасывается в градирни и может служитьдля обогрева в течение частинагревательного цикла перед включениемдополнительного обогрева в любой форме, чтонеобходимо, когда температура воды падаетниже 15°С. Воздушный кондиционер начинаетработу утром, когда вода холодна идопускает эффективное охлаждение, азаканчивает в конце дня, когда вода нагретадля эффективного ночного отопления. Наибольшая выгода получается прииспользовании теплового насоса там, гдеодновременно требуется нагрев и охлаждениев больших масштабах, например вспорткомплексах с искусственным катком иплавательным бассейном. Обычно общественные закрытыеплавательные бассейны являются крупнымипотребителями энергии, особенно в условияххолодного климата. Годовое потреблениеэнергии для общественных закрытыхбассейнов составляет 14000 кВт.ч/м3водяной поверхности. Необходимаятемпература воды около 30°С, а температуравоздуха немного выше. Требуемая кратностьвентиляции от 4 до 20 объемов в час [1]. Для использования тепла сбросноговоздуха можно применить вращающиесярегенераторы, подогревающие входящийвоздух с экономией энергии. Использованиетаких теплообменников становитсяобщепринятым в бассейнах, однако онивосстанавливают лишь часть тепла,содержащегося в сбросном воздухе.Содержание в нем влаги весьма велико, абольшинство обычных систем восстановлениятепла использует только явное тепло.Рекуперативные теплообменники способныконденсировать только часть влаги, и притомсравнительно малую. Восстановление скрытойтеплоты можно значительно улучшить,применяя тепловые насосы, во многих случаяхсовместно с обычными системамивосстановления тепла. Типичный пример теплонасосной установкидля комплекса плавательных бассейнов вЧестере (Англия). [1] Два плавательныхбассейна образуют часть большого закрытогоспортивного центра и потребляют большуючасть энергии, подаваемой в здание срасчетной тепловой нагрузкой 2 МВт. Свежийвоздух поступает в комплекс расходом 46 м3/с,из которых 21 м3/с подается в залбассейна. Высокая кратность вентиляцииминимизирует конденсацию в зале иприлегающих комнатах, а также уменьшаетзапах хлора, применяемого в целяхстерилизации. Полная тепловая нагрузка 2МВт складывается из нагрева воды в бассейне,горячей воды для душевых и отопленияпримыкающего служебного здания. Около 3/4полного расхода тепла идет на вентиляцию,из них плавательный бассейн потребляетполовину. В данном случае наиболее экономичнымявляется применение замкнутого контура спромежуточным теплоносителем ввентиляционных каналах совместно степлонасосной системой. Сбросной воздух,проходя мимо части замкнутого контура,предварительно охлаждается, отдавая долюскрытого тепла, а затем ещё охлаждается на 4°С в испарителе теплового насоса. Свежийвоздух сначала нагревается второйполовиной замкнутого контура, а затемдогревается в конденсаторе тепловогонасоса. В общем тепловом балансе замкнутыйконтур возвращает около 400 кВт, а тепловойнасос - немного более 1 МВт, оставляясравнительно малую часть тепловой нагрузкидля покрытия с помощью традиционныхисточников. Применение теплового насоса вплавательных бассейнах не ограничиваетсясистемами воздух-воздух. Фирма Sulzer, имеющаябольшой опыт в применении тепловых насосовв плавательных бассейнах, комбинирует рядтепловых насосов, каждый из которых имеетсвое назначение. Типичным примером можетслужить установка в Линденберге (см. рис.2.1.1). Закрытый бассейн с водной поверхностью315,5 м2 имеет температуру воздуха 30-32°Си температуру воды на 2°С ниже.
Экономика, экология и энергосбережение для доступного жилья. Кризис системы коммунального теп. Аналитика. Экологи требуют исключить аэс. Академик кухарь. Главная -> Экология 
|