8906

20

ловой энергии. Температурный уровень теплоснабжения от тепловых насосов 35-55 ° С. Экономия энергетических ресурсов достигает 70%.

Промышленность технически развитых стран выпускает широкий ассортимент парокомпрессионных тепловых насосов тепловой мощностью от 5 до 1000 кВт.

На рисунке 1.3 представлены зависимости идеального и действительного (реального) коэффициента преобразования ТН от температур испарения и конденсации хладагента.

Рис. 1.3 Зависимость идеального и действительного (реального) коэффициента преобразования ТН от температур испарения и конденсации хладагента

Энергетический баланс ТН записывается следующим образом:

Tисп - температура испарения рабочего тела;

α - суммарный коэффициент потерь ТН (потери цикла, потери в компрессоре, по-

21

4. Методические указания по организации самостоятельной работы

4.1 Общие рекомендации для самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов является основным способом овладения учебным материалом в свободное от обязательных учебных занятий время.

Целями самостоятельной работы студентов являются:

-систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений студентов;

-углубление и расширение теоретических знаний;

-формирование умений использовать нормативную, правовую, справочную документацию и специальную литературу;

-развитие познавательных способностей и активности студентов:

-формирования самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации.

Самостоятельная работа выполняется в два этапа: планирование и реализация. Планирование самостоятельной работы включает:

-уяснение задания на самостоятельную работу;

-подбор рекомендованной литературы;

-составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.

Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе.

На втором этапе реализуется составленный план. Реализация включает в себя:

-изучение рекомендованной литературы;

-составление плана (конспекта) по изучаемому материалу (вопросу);

-взаимное обсуждение материала.

Необходимо помнить, что на лекции обычно рассматривается не весь материал. Оставшаяся восполняется в процессе самостоятельной работы. В связи с этим работа с рекомендованной литературой обязательна.

Работа с литературой и иными источниками информации включает в себя две группы приемов: техническую, имеющую библиографическую направленность, и содержательную. Первая группа – уяснение потребностей в литературе; получение литературы; просмотр литературы на уровне общей, первичной оценки; анализ надежности публикаций как источника информации, их относимости и степени полезности. Вторая – подробное изучение и извлечение необходимой информации.

Для поиска необходимой литературы можно использовать следующие способы:

-поиск через систематический каталог в библиотеке;

-просмотр специальных периодических изданий;

-использование материалов, размещенных в сети Интернет.

Для того, чтобы не возникало трудностей понимания текстов учебника, монографий, научных статей, следует учитывать, что учебник и учебное пособие предназначены для студентов и магистрантов, а монографии и статьи ориентированы на исследователя. Монографии дают обширное описание проблемы, содержат в себе справочную информацию и отражают полемику по тем или иным дискуссионным вопросам. Статья в журнале кратко излагает позицию автора или его конкретные достижении в исследовании какой-либо научной проблемы.

В процессе взаимного обсуждения материала закрепляются знания, а также приобретается практика в изложении и разъяснении полученных знаний, развивается речь.

При необходимости студенту следует обращаться за консультацией к преподавате-

лю.

22

Составление записей или конспектов позволяет составить сжатое представление по изучаемым вопросам. Записи имеют первостепенное значение для самостоятельной работы студентов. Они помогают понять построение изучаемого материала, выделить основные положения, проследить их логику.

Ведение записей способствует превращению чтения в активный процесс. У студента, систематически ведущего записи, создается свой индивидуальный фонд подсобных материалов для быстрого повторения прочитанного. Особенно важны и полезны записи тогда, когда в них находят отражение мысли, возникшие при самостоятельной работе.

Можно рекомендовать следующие основные формы записи: план, конспект, тезисы. План – это схема прочитанного материала, краткий (или подробный) перечень вопросов, отражающих структуру и последовательность материала. Подробно составленный

план вполне заменяет конспект.

Конспект – это систематизированное, логичное изложение материала источника. Объем конспекта не должен превышать 10 страниц. Шрифт Times New Roman, кегль 14, интервал 1,5. Список литературы должен состоять из 5-8 источников, по возможности следует использовать последние издания учебных пособий и исследований.

Тезисы — это последовательность ключевых положений из некоторой темы без доказательств или с неполными доказательствами. По объему тезисы занимают одну страницу формата А4 или одну – две страницы в ученической тетради. В конце тезисов студент должен сделать собственные выводы.

4.2Темы для самостоятельного изучения по разделам

1.Нормативно-методическое обеспечение энергосбережения. Энергоаудит.

2.Различные примеры энергетических обследований зданий, не рассмотренных на занятиях.

3.Виды ВЭР, их использование, не рассмотренных на занятиях.

4.Воздухоподогреватели топливосжигающих установок.

5.Конструкции воздухоподогревателей для нагрева воздуха в котельных малой мощности.

6.Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, горячего водоснабжения Различные схемы комбинации энергосберегающих мероприятий.

4.3Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

Приводится в конце пособия – список рекомендуемой литературы.

24

Хладагент аммиак, благодаря хорошим термодинамическим свойствам, можно использовать во всех случаях, где он допустим с учетом соблюдения соответствующих правил техники безопасности.

В последнее время в связи с ростом значимости теплонасосных установок повысился интерес к ряду других хладагентов, в особенности к маркам R21, R113, R12B1, прежде всего для интервала высоких температур конденсации.

Для оценки максимально возможной температуры воды для систем отопления приводится максимально допустимая температура конденсации теплового насоса, которая ограничена конструкцией компрессора. При приближении температуры конденсации теплового насоса к критической снижается термодинамическая эффективность цикла и резко ухудшается условие передачи теплоты к нагреваемой среде. Для достижения наиболее высоких температур необходимы рабочие вещества с существенно более высокими критическими температурами. Как правило, эти вещества имеют и более низкие уровни давления.

Диапазон рабочих тел практически безграничен. Каждая жидкость способная испаряться в интервале давлений от 0,1 до 2 МПа, при приемлемой температуре, представляет интерес. Работа при низких давлениях пара ведет к непропорционально большим компрессорам.

Окончательный выбор делается на основе соображений безопасности, энергетической эффективности и стоимости.

С точки зрения безопасности такие горючие вещества, как пропилен, пропан, метилхлорид, исключаются из рассмотрения. Их нельзя применять в тех случаях, когда не может быть обеспечена удовлетворительная техническая эксплуатация, в частности при теплоснабжении жилищ.

Аммиак нежелателен из-за его токсичности, которая выше только у сернистого ангидрида. Несмотря на это, аммиак все же применяется довольно широко в домашних холодильниках, где накоплен немалый опыт эксплуатации.

Наиболее приемлемым являются негорючие нетоксичные галоидоуглеродные соединения, среди которых можно сделать выбор. Для домашних абсорбционных установок аммиак остается предпочтительным.

Химическая стабильность имеет существенное значение для тепловых насосов. В холодильниках и кондиционерах рабочие жидкости применяют уже много лет, но в тепловых насосах рабочие температуры существенно выше.

Разрушение хладагента в основном происходит на выходе из компрессора в наиболее горячей точке цикла. Здесь металлические поверхности играют роль катализатора разложения хладагента в смеси с небольшим количеством масла, движущегося с большой скоростью. Моделировать такие условия в опытах с запаянными трубками или других испытаниях на совместимость очень трудно. Следует опираться на прямой опыт эксплуатации, который даст возможность указать максимальную температуру длительной выдержки для хладагентов.

Продукты разложения хладагентов обычно имеют кислотный характер. Они оказывают вредное действие на металлические детали и ограничивают ресурс машины.

R407с (табл.2.1) представляет собой не разрушающий озоновый слой хладагент, предназначенный для замены R22 в среднетемпературных агрегатах, и имеющий следующие характеристики:

26

2.4 ВЫБОР ТЕПЛОВОГО НАСОСА И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЯ

Согласно теплотехническому расчету на отопление дома по расчетным температурам наружного воздуха требуется 21,54 кВт тепловой энергии.

(41-104-200) Средний расход теплоты на горячее водоснабжение здания 2,5 кВт.

= ∙ ,

где - укрупненный показатель среднего расхода теплоты на горячее водоснабжение, Вт/ч, на одного человека.

= 259 Вт, ( средняя за отопительный период норма расхода воды при температу-

ч

ре 55° С на горячее водоснабжение в сутки на 1 чел. - 90 л).- количество человек.

= 259 ∙ 4 = 1036 Вт,

Максимальный расход теплоты на горячее водоснабжение:

= ∙ 2,4, Вт

= 1036 ∙ 2,4 = 2486,4 Вт = 2,49 кВт.

Таким образом, максимальное теплопотребление Троицкой церкви в селе Воронята составляет 24 кВт.

Так как в холодный период года температура воздуха редко снижается до расчетной, то теплового насоса мощностью около 70% от всех теплопотерь дома достаточно, чтобы покрыть до 95% потребности теплоты за целый год.

А для погашения пиковых нагрузок необходимо запроектировать альтернативный тепловому насосу источник теплоты, например электрический или пилетный котел.

Таким образом, необходимо подобрать тепловой насос со следующими характеристиками:

1)мощность – не менее 16,8 кВт;

2)источник низкопотенциальной теплоты – грунт;

3)внешний контур - вертикальный замкнутый контур;

4)холодильный агент - R407с.

Всем характеристикам удовлетворяет тепловой насос J052 фирмы «Mammoth» (США), выбранный из существующего модельного ряда.

Отбор теплоты тепловым насосом осуществляется от грунта с помощью вертикального замкнутого контура, расположенного на прилегающем к дому участке. Этот контур называется первичным или внешним контуром теплового насоса. Тепловой насос имеет два вторичных контура: контур системы отопления и контур системы горячего водоснабжения. Контур ГВС подключён к тепловому насосу через бак-аккумулятор объемом 300 л. Установка аккумуляторного бака позволяет накапливать тепловую энергию и сглаживать неравномерность потребления воды на ГВС. Контур системы отопления подключён через буферную ёмкость объемом 300 л. Для покрытия пиковых нагрузок бакаккумулятор системы ГВС комплектуется электронагревателем, а к буферной ёмкости системы отопления подключен электрический котел.

Основными составляющими теплового насоса являются испаритель, компрессор, конденсатор, дроссельное устройство и теплообменник для приготовления воды на нужды ГВС. Все эти устройства связаны замкнутым стальным трубопроводом, по которому циркулирует хладагент (фреон R 407с). Этиленгликоль, проходя по первичному контуру,

27

нагревается на 3-40С и поступает в испаритель. Испаритель представляет собой теплообменник, в котором происходит процесс передачи теплоты от этиленгликоля хладагенту. Температура этиленгликоля на входе в испаритель зависит от температуры грунта и составляет для данного грунта и данной климатической зоны в среднем за время отопительного периода +4..+50С. Хладагент с температурой -40С, проходя через испаритель, вскипает и переходит из жидкого состояния в газообразное. Этот процесс проходит при давлении 6 бар. Из испарителя газообразный хладагент попадает в компрессор, где он сжимается до высокого давления 30 бар и его температура резко повышается до 580С. Далее нагретый хладагент в газообразном состоянии поступает в первый теплообменник для приготовления горячей воды на нужды ГВС. В нём происходит подогрев холодной воды до требуемых значений, при этом фреон охлаждается, частично конденсируется и представляет собой газожидкостную смесь.

Таблица 2.2. Характеристики тепловых насосов фирмы «Mammoth» .

Затем фреон поступает во второй теплообменник, в котором происходит теплообмен между горячим хладагентом и теплоносителем контура системы отопления. Хладагент отдает свою теплоту, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает в буферную ёмкость и распределяется по системам отопления здания. После второго теплообменника хладагент проходит через редукционный клапан, где его давление понижается. Следовательно, понижается его температура до значений, при которых возможен отбор теплоты от низкопотенциального источника – грунта. Хладагент возвращается в испаритель, нагревается и цикл повторяется снова.

Система отопления данного жилого дома представляет собой смешанную систему радиаторного отопления и системы «теплый пол». При такой схеме происходит более эффективный обогрев помещений, чем при использовании только радиаторного отопления, так как температура воды в системе отопления составляет +500С. Система отопления «теплый пол» служит доводчиком теплоты в дополнение к радиаторной системе отопления.

Запроектированная теплонасосная установка служит не только для теплоснабжения здания, но также используется для кондиционирования внутреннего воздуха здания в теплый период года.

28

1 - наружный теплообменник; 2 - направление движения хладагента при охлаждении помещения; 3 - направление движения хладагента при отоплении помещения;

4-четырехходовой кран-переключатель; 5 - внутренний теплообменник; 6 - регулирующий вентиль; 7 - компрессор.

Рис.2.2 Перевод теплового насоса в режим холодоснабжения.

Для перевода работы теплового насоса в режим холодоснабжения четырехходовой клапан компрессора переключается из одного крайнего положения в другое (Рис.2.2), в результате чего поток фреона меняет направление. При этом компрессор и дроссель продолжают работать в том же режиме, что и при отоплении здания. После смены направления движения процесс испарения в теплообменнике испарителя меняется на конденсацию, а процесс конденсации в теплообменнике конденсатора меняется на испарение. Таким образом, вода, циркулирующая в контуре холодоснабжения, охлаждается и поступает на кондиционирование воздуха, а нагретый фреон отдаёт теплоту этиленгликолю, циркулирующему в первичном контуре. Этиленгликоль «сбрасывает» теплоту в грунт, происходит рассеивание тепловой энергии в грунте и подготовка его к отопительному периоду.

Для сбережения электроэнергии работой насоса управляет контроллер, который при повышении температуры теплоносителя в коллекторе включает насос, при понижении

– выключает насос. Измерение температуры наружного воздуха производится с помощью датчика наружной температуры. Сброс избыточного количества теплоносителя в случае его нагрева в баке-аккумуляторе контура отопления и в баке-аккумуляторе контура ГВС, а также в первичном контуре и в контуре горячего водоснабжения предусмотрен через группу безопасности в расширительный бак. Пиковым источником тепла является электрический котел. Работа этого источника тепла требуется при понижении температуры наружного воздуха ниже -20° С, когда работа основного источника тепла становится не эффективной. Электрокотел подключается к буферной емкости контура отопления и автоматически включается при понижении температуры в ней ниже 45° С.

Для рационального расходования водопроводной воды и для комфорта жителей система ГВС оборудуется линией рециркуляции с установленным на ней циркуляционным насосом.

Также циркуляционный насос предусмотрен на первичном (внешнем) контуре теплового насоса.

На линии соединения буферной емкости системы отопления с радиаторной системой отопления и с системой теплых полов устанавливаются насосные группы.

29

2.5 ВНЕШНИЙ КОНТУР ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Внешний (первичный) контур состоит из U-образных трубок, расположенных вертикально в пробуренных скважинах. Трубки заполняются незамерзающей жидкостью («антифризом») – 35% раствором этиленгликоля с температурой замерзания -200С. Глубина скважин и длина контура зависит от объёма обогреваемой площади и состава грунта. При удельном теплосъеме контура 55 Вт/м (каменистая почва и осадочные породы, насыщенные водой) и требуемой мощности 16,8 кВт длина контура должна составлять почти 300 м. Для обеспечения требуемой тепловой нагрузки во внешнем контуре запроектировано 10 скважин, глубиной по 30 м. В каждую скважину размещается U-образная труба. Расстояние между скважинами 5 м. Таким образом, первичным контуром теплового насоса являются 10 грунтовых петель, выполненных из полиэтиленовой водопроводной трубы. Они объединены коллектором, расположенном в специальном приямке снаружи дома на глубине 2м, ниже глубины промерзания грунта. Температура этиленгликоля в первичном контуре на входе в петлю составляет от +10С до +30С и на выходе из неё от +40С до

+60С.

2.6 ВНУТРЕННИЙ КОНТУР ТЕПЛОВОГО НАСОСА Тепловой насос имеет два вторичных контура – отопление и ГВС. Контур ГВС

подключен к тепловому насосу через аккумулятор тепла, который позволяет накапливать тепловую энергию и сглаживать неравномерность потребления воды на ГВС. Контру отопления подключен к тепловому насосу через буферную емкость.

Расходы теплоносителя в контурах, а также расход холодильного агента дан в каталогах оборудования фирмы «Mammoth».

Диаметры трубопроводов вторичных контуров определяются исходя из расходов

идопустимых потерь давления.

2.7ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ ИТП

2.7.1.Тепловой насос J052 «Mammoth» (США).

Представляет собой моноблочную компактную установку с отдельными водяными соединениями для первичного контура, и отдельными для вторичного контура (табл.2.3). Каждый блок проходит полностью заводское тестирование. Корпус изготовлен из гальванизированной стали G-60. Изоляция корпуса толщиной 15 мм, плотность материала 48 кг/м³ в оболочке из стекловолокна. Днище изолировано тем же материалом для предотвращения конденсации и снижения шумовых характеристик. Четыре панели доступа к компрессору, насосу и контрольной плате позволяют легко обслуживать все основные узлы (рис. 2.3).