Гелиотеплонасосни системы теплоснабжения

Гелиотеплонасосни системы теплоснабжения (ГТНСТ) сочетают элементы гелиосистем и теплонасосных установок (рис. 1.6). Они подразделяются на активные и пассивные. В структуру активной гелиосистемы входят:

• коллектор солнечной энергии (СК), предназначен для нагрева жидкого или газообразного теплоносителя за счет теплоты поглощенного солнечного излучения;

• аккумулятор теплоты, в котором накапливается энергия для использования в периоды отсутствия или недостаточного количества солнечной радиации;

• дополнительное (резервное) источник энергии (ДДЭ)

• насос или вентилятор для подачи теплоносителя;

• трубопроводы для соединения и теплообменные устройства для передачи теплоты в двух- и многоконтурных системах;

• устройства для управления режимами работы системы.

Принципиальная схема гелиотеплонасоснои системы теплоснабжения:

Рис. 1.6. Принципиальная схема гелиотеплонасоснои системы теплоснабжения: / - коллектор солнечной энергии; 2 - аккумулятор теплоты; 3 - тепловой насос; 4 -дополнительное (резервное) источник теплоты; 5 - потребители теплоты

В пассивной системе солнечная энергия улавливается и накапливается в ограждающих конструкциях, самого дома или в пристроенной к нему теплицы, а движение теплоносителя осуществляется путем естественной конвекции.

Обязательным условием эффективного использования солнечной энергии является рациональное проектирование самого дома с целью снижения потребности в теплоте. Конечно активные системы дополняются элементами пассивного использования солнечной энергии.

Теплонасосные установки используют низкопотенциальным теплоту окружающей среды и ВЭР для теплоснабжения. Объединение солнечных и теплонасосных установок в единую систему представляет определенные технико-экономические преимущества.

Существуют две основные схемы ГТНСТ: последовательная и параллельная (рис. 1.7). Рассмотрим подробнее последовательную схему (рис. 1.7 а). Ее основными особенностями являются:

• подвода теплоты от СК при температуре 3 ... 40 ° С, что создает потенциал высокого коэффициента преобразования теплового насоса (порядка 3 ... 7) при работе в парокомпресионному цикле, причем в указанном диапазоне температур СК имеет высокий КПД;

• наличие специального теплового насоса;

• высокая эффективность ГТНСТ, что обеспечивает значительную долю солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки, причем в условиях холодного климата нужны большие площади поверхности СК;

• использование дополнительного электрического источника энергии, для которого коэффициент преобразования равен 1, что сильно снижает величину сезонного коэффициента преобразования системы.

Принципиальные схемы гелиотеплонасосних систем

Рис. 1.7. Принципиальные схемы гелиотеплонасосних систем с последовательным (а) и и ги- и параллельным (б) присоединением теплового насоса аккумулятор теплоты; 3 - тепловой насос; 4 - потребители теплоты 5 - ДДЭ -байпас; ДСП - тепловая СК; & - Теплопроизводительность теплового насоса (теплозмишання из конденсатора) £ д - количество теплоты, подводимой от ДДЭ; С? 0 с - количество теплоты, получаемое, испарителем из окружающей среды

Для повышения эффективности системы, улучшение экономических показателей и повышение роли источника энергоснабжения стоит глубоко анализировать методы обеспечения дополнительной энергией (главным образом тепловыми насосами с коэффициентом преобразования не ниже 2). В частности, могут использоваться два источника теплоты для теплового насоса -Внешнее воздуха для второго испарителя теплового насоса (однако при этом нужно более тщательная регулирования и управления системой). Кроме того, могут также использоваться тепловые насосы, извлекают низкопотенциального тепла из земли или накопленную в почве солнечную энергию.

Основными областями применения ГТНСТ с последовательной схемой является отопления / охлаждения одно- и многоквартирных жилых домов, небольших общественных и производственных зданий; горячее водоснабжение и производство технологической теплоты с температурой до 100 ° С.

Особенности параллельных схем (рис. 1.7 б) ГТНСТ следующие:

• используются обычные тепловые насосы типа "воздух-воздух" и дополнительное прямое отопление от СК;

• сезонный коэффициент преобразования теплового насоса повышается при подогреве рециркуляционного обратного воздуха, подводится к тепловому насосу, в диапазоне температур от значений, превышающих температуру внутреннего воздуха, до значений, не доходя до той температуры, что нужно для прямого отопления от СК.

Эта схема имеет ряд недостатков, поэтому применяются и другие схемы, в частности, комбинированные системы, состоящие из СК, теплового насоса и солнечных электрических батарей. Эти системы превращают солнечную энергию в электрическую и тепловую. По сравнению с раздельными системами они компактнее и дешевле. Наряду с последовательной и параллельной схемам применяется также схема с двумя источниками тепла - наружным воздухом и солнечной энергией, то есть комбинация первых двух схем.

На рис. 1.8 показано, какую долю тепловой нагрузки покрывает солнечная энергия в системах с последовательной и параллельной схемам.

Количество энергии Е, нормализованная относительно тепловой нагрузки поступающей от солнечной и теплонасосной составляющих гелиотеплонасоснои системы теплоснабжения при последовательной (а) и параллельной (б) схемах, в зависимости от площади поверхности СК:

Рис. 1.8. Количество энергии Е , нормализованная относительно тепловой нагрузки поступающей от солнечной и теплонасосной составляющих гелиотеплонасоснои системы теплоснабжения при последовательной (а) и параллельной (б) схемах, в зависимости от площади поверхности СК:

/ - Тепловая нагрузка; 2 - доля тепловой нагрузки, покрывающий автономный тепловой насос; С - суммарная доля тепловой нагрузки, что покрывается солнечной энергией; 4 - доля тепловой нагрузки, покрывающий тепловой насос с гелиосистемы; 5 - доля тепловой нагрузки, покрываемой тепловым насосом за счет энергии окружающей среды; б - доля тепловой нагрузки, что покрывается СК и тепловым насосом

Важной характеристикой ГТНСТ есть доля солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки или степень замещения топлива, равная отношению количества теплоты, поступающей от СК до потребителей, к величине нагрузки теплоснабжения за рассматриваемый период (месяц, сезон, год). Основной характеристикой эффективности теплового насоса является коэффициент преобразования, то есть отношение полезной количества теплоты, отдает конденсатор теплового насоса, к работе, затраченной на сжатие рабочего тела в компрессоре. Для комбинированных систем можно использовать оба показателя эффективности, а степень замещения можно распространить как на солнечную энергию, так и на энергию окружающей среды вытягивает испаритель теплового насоса.

Из сравнения схем включения теплового насоса следует:

• наибольшая степень замещения топлива солнечной энергией обеспечивает ГТНСТ с последовательной схемой включения теплового насоса;

• наименьшее значение относительной доли энергии от дополнительного источника (ДДЭ) дает ГТНСТ с параллельной схеме, однако при этом расход электроэнергии выше по сравнению с последовательной схемой;

• схема ГТНСТ с двумя испарителями (один получает энергию из окружающей среды, а второй - с аккумулятора гелиоконтура) имеет примерно те же характеристики, что ГТНСТ с последовательной схеме.

По общей величине степени замещения топлива солнечной энергией и энергией окружающей среды ГТНСТ с параллельной схеме и система с двумя испарителями примерно эквивалентны, но схема ГТНСТ с двумя испарителями менее технологична. При небольших значениях площади поверхности СК ГТНСТ с последовательной схемой по степени замещения топлива близка к гелиосистемы без теплового насоса, а система с параллельной схеме - до теплонасосной установки.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >