Elektrownie wykorzystujące niskotemperaturowe źródła energii. Schemat, opis

Bezpłatna biblioteka techniczna

ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Darmowa biblioteka / Schematy urządzeń radioelektronicznych i elektrycznych

Elektrownie wykorzystujące niskotemperaturowe źródła energii. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Bezpłatna biblioteka techniczna

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii

Komentarze do artykułu

Gruntowe wymienniki ciepła w studniach pionowych są szeroko stosowane w ostatnich 10-15 latach jako niskotemperaturowe źródło ciepła dla systemów grzewczych i ciepłej wody użytkowej z wykorzystaniem pomp ciepła. To przyjazne dla środowiska źródło ciepła jest dość często wykorzystywane na przykład w Szwajcarii, gdzie obecnie działa około czterech tysięcy takich instalacji.

Ałtajskie Regionalne Centrum Nietradycyjnej Energii i Oszczędzania Energii przeprowadziło badania nad wzajemnym oddziaływaniem pionowego gruntowego wymiennika ciepła i pompy ciepła. Za podstawę przyjęto zautomatyzowaną jednostkę pompy ciepła ATNU-10 (płyn roboczy - R22), opracowaną przez AK „INSOLAR” w ramach Państwowego Programu Naukowo-Technicznego Rosji „Czysta dla środowiska energia” i wyprodukowaną przez „ECOMASH” przedsiębiorstwo (Saratów). System obejmuje również pionowy gruntowy wymiennik ciepła w studni o głębokości nie większej niż 100 m (jak wykazały badania hydrogeologiczne, 67% ludności terytorium Ałtaju mieszka na terytorium, na którym głębokość pierwszej warstwy wodonośnej jest mniejsza niż 30m). Przyjmuje się, że podstawowa temperatura gleby wynosi 280 K, co odpowiada szacunkowej średniej temperaturze na głębokości większej niż 5 m dla warunków na terytorium Ałtaju.

Zautomatyzowany układ regulacji pompy ciepła typu ATNU zaprojektowany jest w taki sposób, aby pracowała w optymalnych warunkach przy stałej wartości strumienia ciepła określonej przez strumień ciepła z pierwotnego źródła ciepła, temperaturę na wlocie obiegu wysokotemperaturowego oraz prędkość masowa nośnika ciepła obwodu wysokotemperaturowego. Gdy wymagane obciążenie grzewcze spadnie, pompa ciepła musi zostać wyłączona do czasu przywrócenia ustawionej temperatury. Jeżeli moc gruntowego wymiennika ciepła jest niewystarczająca do pokrycia strat ciepła w obiegu wysokotemperaturowym, należy załączyć zwieracz szczytowy.

Wyniki wykazały, że energia cieplna pobrana z gruntu zależy liniowo od logarytmu długości roboczej wymiennika ciepła. W tych warunkach (szybkość filtracji 10 m/dobę), aby uzyskać z gruntu 5-6 kW mocy cieplnej, wymagana głębokość wymiennika ciepła wyniesie 50-60 m. Minimalny przepływ w obiegu grzewczym musi wynosić 0,3 kg/s (1 m*/h). Przy mniejszych objętościach rozpocznie się akumulacja ciepła w układzie i jak wykazały testy na pełnowymiarowej instalacji, doprowadzi to do wzrostu temperatury i ciśnienia freonu, pogorszenia pracy parownika i spadku odprowadzanie ciepła w gruntowym wymienniku ciepła. I chociaż jednocześnie wzrasta temperatura płynu chłodzącego obwodu wysokotemperaturowego, wydajność całego obwodu, określona przez współczynnik ogrzewania, maleje.

W Europie obserwuje się duże zainteresowanie wykorzystaniem gleby jako źródła ciepła. Zaproponowano konstrukcję parownika w postaci serpentyny rurek o średnicy około 25 mm, ułożonych na stałej głębokości na powierzchni kilkuset metrów kwadratowych. Aby obniżyć koszty kapitałowe, rury są umieszczone jak najbliżej powierzchni.

Badania gruntu jako źródła ciepła przeprowadzone w Europie wykazały, że dopływ ciepła z gruntu do parownika wynosi 20-25 W/m, wartość minimalna dla Europy to 10 W/m, maksymalna 50-60 W/m .

Optymalna głębokość i rozstaw rur to odpowiednio 1,5 i 2 m. W niektórych przypadkach na skutek wzajemnego oddziaływania granica 2 m ulega wydłużeniu. Rury można umieścić na mniejszej głębokości, ale wydajność pompy ciepła może zostać zmniejszona o 5% na każdy stopień spadku temperatury parownika.

Oprócz możliwości bezpośredniego odparowania czynnika chłodniczego istnieje możliwość zastosowania pośredniego nośnika ciepła - solanki krążącej rurami w gruncie i oddającej ciepło czynnikowi chłodniczemu w specjalnym wymienniku ciepła. Średnia temperatura solanki w zimie wynosi -3°C.

Jeśli zawartość wody w glebie jest wysoka, wydajność wzrasta ze względu na wzrost przewodności cieplnej i dobry kontakt z rurami. Duże stężenie żwiru w glebie powoduje pogorszenie wydajności.

W Danii rozważono możliwość zastosowania rur nie poziomych, ale pionowych, które mogą być wykorzystywane w trybie nie tylko ogrzewania, ale również chłodzenia budynku latem, gdy stosowana jest rewersyjna pompa ciepła.

Odkryto również ciekawy szczegół. Minimalna temperatura gruntu jest zawsze wyższa niż temperatura powietrza i zostaje osiągnięta po dwóch miesiącach, gdy spada wymagana moc grzewcza.

Rury pionowe zajmują mniej miejsca i pozwalają na częściowe wykorzystanie ciepła zmagazynowanego w miesiącach letnich, co daje im przewagę ekonomiczną. Badania pionowych U-rurek wykazały możliwość znacznego odzysku ciepła. Parownik poziomy z powierzchni 150-200 m pozwala uzyskać 12 kW ciepła. U-rurki umieszczone w studniach o średnicy 127 mm i głębokości 8 m pozwoliły na uzyskanie 12 kW tylko z dwóch studni. Widać z tego, że rury w kształcie litery U zmniejszają wymaganą powierzchnię gleby 10-20 razy w porównaniu z rurami poziomymi.

Pomimo względnej taniości krajowych pomp ciepła w porównaniu z zagranicznymi, biorąc pod uwagę obecną słabą sytuację finansową przedsiębiorstw, wprowadzenie pomp ciepła napotyka na pewne trudności. Nie ostatnią rolę odgrywa wielka nowość i niezwykłość tej techniki dla naszych konsumentów. Problemy te zostały przezwyciężone za granicą poprzez nadanie kilkuletnich uprawnień przedsiębiorstwom realizującym instalacje pomp ciepła. W większości krajów Europy Zachodniej dochód uzyskany z użytkowania pomp ciepła był mniej opodatkowany, aw niektórych krajach udzielano bezpośrednich dotacji finansowych. I tak w Austrii firmy stosujące pompy ciepła otrzymywały dotację finansową w wysokości do 100 tys. ), co jest równoznaczne z dotacją finansową w wysokości do 90% kosztów instalacji pompy ciepła. W rezultacie w Austrii pracuje obecnie 7,5 20 HPP, oszczędzając 105 116 ton oleju opałowego rocznie.

Poza wykorzystaniem ciepła gruntowego, najbardziej atrakcyjnym do zastosowania w domowych pompach ciepła jest „darmowe” źródło ciepła do tworzenia komfortowych warunków wewnątrz domu – powietrze. Jest publicznie dostępny i przyciągnął największą uwagę w masowej produkcji. Tam, gdzie dostępna jest woda, ma kilka zalet w porównaniu z powietrzem. Aktywnie badane jest wykorzystanie ciepła odpadowego lub kolektorów słonecznych, co budzi zainteresowanie zarówno w Europie, jak iw Ameryce.

Najszerzej stosowane pompy ciepła z powietrzem jako źródłem ciepła od samego początku ich użytkowania w domu. Zasadniczo powietrze jest również radiatorem. Powietrze jako źródło ciepła ma szereg wad, dlatego wymagana jest staranna optymalizacja konstrukcji w zależności od miejsca instalacji, gdzie temperatura powietrza może się znacznie różnić.

Wydajność pompy ciepła, a zwłaszcza COP, spada wraz ze wzrostem różnicy temperatur między parownikiem a skraplaczem. Ma to szczególnie niekorzystny wpływ na powietrzne pompy ciepła. Wraz ze spadkiem temperatury otoczenia wzrasta ilość ciepła potrzebna do ogrzewania, ale zdolność pompy ciepła do utrzymania nawet stałej mocy cieplnej jest znacznie zmniejszona. Aby przezwyciężyć tę wadę, często stosuje się dodatkowe ogrzewanie.

W warunkach Anglii i większości krajów europejskich koszt pompy ciepła z dowolnym źródłem ciepła jest zauważalnie wyższy niż koszt konwencjonalnego kotła centralnego. Im większy udział pompy ciepła w domowym obciążeniu cieplnym, tym większa różnica w inwestycji, dlatego pompy ciepła są zwykle obliczane tylko na część rocznego obciążenia cieplnego, a resztę zapewnia dodatkowy podgrzewacz, najczęściej elektryczny (w USA) i paliw kopalnych (w Europie). O wyborze między nimi decyduje stosunek kosztów kapitałowych i operacyjnych. Jeśli pompa ciepła zapewnia również klimatyzację latem, jej wielkość i moc mogą być podyktowane tym konkretnym zastosowaniem.

Dodatkowe ogrzewanie jest wymagane, gdy temperatura otoczenia spadnie poniżej zera, a straty ciepła budynku przekroczą moc cieplną pompy. W celu zwiększenia efektywności ekonomicznej systemu, włączenie dodatkowego podgrzewacza, w tym przypadku elektrycznego, jest zalecane tylko wtedy, gdy pompa ciepła nie jest w stanie pokryć pełnego obciążenia.

Wszystkie źródła ciepła dla pomp ciepła są w mniejszym lub większym stopniu uzależnione od energii słonecznej, ale można ją również wykorzystać bezpośrednio za pomocą kolektorów słonecznych z obiegiem nośnika ciepła, ogrzewając powietrze wpadające do parownika za pomocą koncentratorów słonecznych. Chociaż koncentratory słoneczne wydają się bardziej odpowiednie dla absorpcyjnych pomp ciepła. Nadal są mało używane w domu, ale są przedmiotem znaczących prac badawczych. Do nagrzania generatora w obiegu absorpcyjnym potrzebne są wyższe temperatury niż te, które są osiągalne w przypadku konwencjonalnych kolektorów płaskich. Jednak zastosowanie obiegu absorpcyjnego do klimatyzacji umożliwia ogrzewanie z kolektorów płaskich, gdyż temperatura musi być tu niższa, dlatego chłodzenie powietrzem odbywa się latem, właśnie wtedy, gdy promieniowanie słoneczne jest intensywne, a temperatura kolektora jest zwiększony.

Wraz z innymi źródłami ciepła do pomp ciepła, szeroko stosowane są kolektory płaskie umieszczane na dachach. Ogólnie rzecz biorąc, kolektory słoneczne są intensywnie badane pod kątem zastosowania nie tylko z pompami ciepła, ale także niezależnie, a także w obwodach z akumulatorami ciepła. Te ostatnie są również przedmiotem zainteresowania pomp ciepła jako źródła ciepła w pochmurne dni lub w nocy.

Dostarczając ciepło do parownika w temperaturze wyższej niż otaczające powietrze, grunt czy woda, kolektory słoneczne zwiększają współczynnik COP pompy ciepła.

Zwykle chłodziwo pośrednie - woda przenosi ciepło z kolektora do parownika. Ale może istnieć kompletne połączenie kolektora z parownikiem, w którym czynnik chłodniczy odparowuje bezpośrednio w rurkach kolektora słonecznego.

Często ciepło z kolektora słonecznego jest doprowadzane do ciekłego zasobnika ciepła, w którym zanurzone są rurki parownika. Magazynowanie ciepła odgrywa zasadniczą rolę w każdym systemie solarnej pompy ciepła. Na przykład w domu Phillipsa kolektor słoneczny (20m2) gromadzi 36-44 GJ ciepła rocznie (przy średniej sprawności 50%) zmagazynowanej w zbiorniku 40m3 w temperaturze do 95°C.

Zaproponowano schemat domu o minimalnym zużyciu energii z wykorzystaniem trzech pomp ciepła: jednej do przekazywania ciepła wraz ze wzrostem temperatury z kolektora słonecznego do baterii, drugiej z baterii do instalacji grzewczej i trzeciej z baterii do instalacji ciepłej wody użytkowej.

Kolektory słoneczne są również brane pod uwagę w połączeniu z kolektorami gruntowymi. Przyjęto, że wymiary kolektora słonecznego powinny przekraczać 3 m2 na 1 kW strat ciepła z mieszkania. Przy kolektorze słonecznym o powierzchni 30 m3 z parownikiem gruntowym zajmującym zaledwie 100 m uzyskuje się COP = 3,4. Jeśli używany jest tylko parownik gruntowy, wymagana jest powierzchnia 300 m, co daje COP = 2,7.

Może się jednak zdarzyć, że pomimo wzrostu COP oszczędności paliwa mogą nie uzasadnić kosztu instalacji, a zwłaszcza kolektora słonecznego. Z innych prac w tym zakresie wynika, że przy mocy cieplnej HPI 6 kW wymagana jest powierzchnia 20m2.

Ponadto HPP może wykorzystywać odprowadzanie ciepła z samej obudowy, na przykład spaliny z pieców kuchennych lub ogólnie z kuchni, ścieki. W Holandii TN zastosowano w domowej suszarce do naczyń. Ciepło wyrzucanego wilgotnego powietrza jest wykorzystywane do ogrzewania powietrza suchego dostarczanego do suszarki. Ciepłe, wilgotne powietrze z suszarki przechodzi do parownika wysokociśnieniowego i jest schładzane. Po schłodzeniu wilgoć wydostaje się z niego, a powietrze staje się odpowiednie do recyrkulacji. Parownik wykorzystuje zarówno jawne, jak i utajone ciepło powietrza wylotowego. Powietrze obiegowe przechodzi przez skraplacz i jest ogrzewane ciepłem skraplania. Oszczędności energii sięgają około 48%. Poniżej przedstawiono niektóre cechy HPP, które są szeroko stosowane za granicą.

Patka. 2.1.2. Charakterystyka instalacji HP „Carrier” (USA) - prosta rewersyjna pompa ciepła powietrze-powietrze

Elektrownie wykorzystujące niskotemperaturowe źródła energii

Patka. 2.1.3. Charakterystyka Lennox HP w połączeniu z systemem grzewczym piecowym, który eliminuje dodatkowy system grzewczy

Elektrownie wykorzystujące niskotemperaturowe źródła energii

Zobacz inne artykuły Sekcja Alternatywne źródła energii.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Lekki bainit błyskowy 23.12.2015

Bainit ze stopu żelazowo-węglowego (inaczej acicular troostite) to iglasta struktura stali powstająca podczas obróbki cieplnej w wyniku tzw. pośredniej przemiany austenitu i składa się z mieszaniny przesyconych węglem przesyconych cząstek ferrytu i węglika żelaza. (Po opanowaniu tak wielu różnych "-to" staje się jasne, dlaczego miliarderzy M. Fridman i V. Rasznikow opuścili uniwersytety metalurgiczne - potrzebna jest dobra głowa).

Amerykański metalurg samouk, Gary Cola, ma zostać miliarderem (a przynajmniej milionerem), który prawie pięć lat temu zwrócił się do naukowców z Ohio State University i powiedział, że wymyślił sposób na zwiększenie wytrzymałości stali poprzez siedem procent. Po sporym sceptycyzmie inżynierowie zgodzili się przetestować przedstawiony przez Colę stop i okazało się, że tak właśnie było. Co więcej, materiał, nazwany przez wynalazcę Flash Bainite, może być rozciągany na długość i cieńszy o 30% w porównaniu z martenzytem - głównym składnikiem konstrukcyjnym stali hartowanej, który jest uporządkowanym przesyconym stałym roztworem węgla w żelazie takie samo stężenie jak oryginalnego austenitu.

Proces wymyślony przez Colę różni się od tradycyjnego tym, że zwykła stal podczas produkcji poddawana jest obróbce cieplnej w temperaturze około 900°C przez kilka godzin, a nawet dni. W procesie „flash bainite” blachy stalowe są walcowane przez płomień o temperaturze 1100°C, a następnie zanurzane w kąpieli chłodzącej na 10 sekund. Oprócz niezwykłej oszczędności czasu, wytrzymały „bainit flash” może być wciskany w skomplikowane kształty samochodowe, podobnie jak szeroko stosowana stal duplex DP1180. Ale „flash-bainit” jest o 25% silniejszy.

W 2011 roku materiał został przetestowany przez US Army, a w 2013 roku Gary Cola zawarł kontrakty testowe z kilkoma czołowymi firmami motoryzacyjnymi (co nie jest sprecyzowane ze względu na klauzulę poufności). Wynalazca właśnie uzgodnił z innym producentem zastosowanie rur „flash-bainit” do odpornych na wstrząsy belek bezpieczeństwa w drzwiach samochodowych i innych elementach konstrukcyjnych. Zastosowanie Flash Bainite powinno skutkować oszczędnościami przekraczającymi 30%.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Cukier zmienia chemię mózgu

▪ Pióra w bursztynie

▪ Oczyszczacz powietrza Huawei Smart Life 1Pro

▪ Ocieplenie Arktyki prowadzi do mroźnej zimy

▪ Bezpieczne paliwo nie zapali się w kontakcie z ogniem

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ część witryny internetowej elektryka. UEP. Wybór artykułów

▪ artykuł To sukinsyn, ale to nasz sukinsyn. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Jakie jest pochodzenie powitania pana Spocka w Star Trek? Szczegółowa odpowiedź

▪ Artykuł na Wyspie Zwodniczej. Cud natury

▪ artykuł Muzyczna gra światła. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Ładowarka do akumulatorów litowych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn