Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Строительство arrow Санитарно-техническое оборудование зданий

Холодоснабжение и тепловые насосы

Для многих жилых и общественных зданий, особенно сооружаемых в южной климатической зоне страны с большим солнечным сиянием, возникает потребность в холодоснабжении для охлаждения поступающего в помещения наружного, а возможно и внутреннего рециркуляционного воздуха в целях защиты их от перегрева или обеспечения технологических процессов, требующих для их проведения пониженных (или отрицательных) температур холодоносителей. К таким объектам относятся некоторые промышленные производства, склады продовольственных и промышленных товаров, холодильники, отдельные спортивные сооружения (большие спортивные залы, катки, фристайлы), музеи, театры, объекты медицинских учреждений и др.

Температурно-влажностная подготовка воздуха в жилых, административных, спортивно-зрелищных и производственных зданиях осуществляется с помощью кондиционеров воздуха, основными элементами которых являются холодильные машины и устройства (тепловой мощностью от 9 до 25 кВт). К источникам холода следует отнести естественные — лед, артезианскую воду, воду рек и озер, испарительное охлаждение — и искусственные, получаемые с помощью холодильных машин и устройств.

Производство холода в ряде случаев достигается с помощью холодильных машин (ХМ) — специальных термодинамических агрегатов, предназначенных для получения искусственного холода (и теплоты). По принципу действия и конструктивному исполнению они подразделяются на абсорбционные, воздушные, парокомпрессионные и др.

В абсорбционных ХМ в качестве рабочей среды используются растворы двух веществ, значительно различающихся по температуре кипения при одинаковом давлении. Первое, обладающее низкой температурой кипения, является холодильным агентом, второе, обладающее способностью поглощать пары первого, — абсорбентом. Например, в бромисто-литиевых абсорбционных ХМ, используемых иногда в кондиционерах, роль холодильного агента выполняет вода, а бромистый литий — абсорбента. Источником энергии для выработки холода служит горячая вода с температурой 90 —120 °С или пар низкого давления (до 70 кПа).

В воздушных ХМ принцип работы основан на использовании эффекта охлаждения сжатого воздуха при его расширении. Сжатие воздуха производиться компрессором, а расширение — охлаждение в специальном устройстве, называемом турбодетандером (конденсатором). Охлажденный в нем воздух подается в обслуживаемое помещение. Из-за более низкой, чем у других ХМ энергетической эффективности, воздушные ХМ применяют при кондиционировании воздуха редко, только в случаях необходимости получения в помещениях низких температур.

Парокомпрессионная ХМ состоит из компрессора, конденсатора, регулирующего вентиля и испарителя. В качестве рабочего тела (хладоагента) в таких ХМ наиболее часто используется аммиак или хладоны (фреоны) различных марок. ХМ с фреона-ми наиболее распространены в установках кондиционирования воздуха жилых и общественных зданий, в бытовых холодильниках, холодильных камерах и шкафах, а аммиачные ХМ — в промышленных установках холодоснабжения.

Холодильные машины и тепловые насосы — «близнецы-братья», доказательством тому служит следующий пример. Если у бытового холодильника с задней стенки Вы пощупаете рукой конденсатор (ребристую трубчатую или пластинчатую решетку), то заметите, что он горячий, температура его на несколько градусов выше температуры окружающего его воздуха, за счет чего окружающий воздух подогревается. В то же время температура продуктов в холодильной камере-испарителе значительно ниже температуры окружающего воздуха.

Как видим, холодильная машина здесь выполняет двойную функцию: с одной стороны, охлаждает продукты в холодильной камере-испарителе (здесь теплота продуктов через алюминиевую трубчатую поверхность отдается рабочему агенту — фреону);

- с другой стороны, нагревает теплотой продуктов окружающий воздух рабочим агентом (при конденсации фреона в конденсаторе бытового холодильника).

Из приведенного практического наблюдения можно сделать важный вывод, что одна и та же тепловая машина может служить как холодильником, так и нагревателем. В последнем случае она называется тепловым насосом (ТН). При этом достижение любого положительного эффекта связано с затратой определенного количества электрической энергии. Все зависит от целевой задачи аппарата и разработанной схемы использования его. Практически наиболее целесообразно комплексное использование получаемых теплоты и холода.

Для работы холодильной машины в режиме теплового насоса требуется источник теплоты с температурой не ниже +4 °С, который называют источником низкопотенциальной теплоты.

В гражданских зданиях для целей отопления и горячего водоснабжения в качестве источников низкопотенциальной теплоты для работы тепловых насосов применяют следующие материальные среды-источники:

теплота воды в водоемах (моря, реки, озера); теплота грунта на глубине ниже глубины его промерзания зимой (обычно в климате России ниже 1,5 м);

технологические жидкие сбросы (канализационные воды, производственные жидкие сбросы и др.);

промышленные выбросные горячие газы и вытяжной выбросной в атмосферу воздух.

При использовании в качестве источника низкопотенциальной теплоты жидкой среды в испаритель подается охлаждаемая жидкость. Так, например, тепловые насосы в некоторых зданиях санаториев и гостиниц имеют присоединенные к испарителю трубопроводы, отведенные в море от берега на глубину до 40 м. На этой глубине зимой вода имеет примерно постоянную температуру +8 °С. Насосом морская вода подается в трубки испарителя, где от испарения рабочего агента охлаждается до +4 °С и сбрасывается обратно в море.

Подсчитаем экономические эффекты получения теплоты с помощью тепловых насосов. При работе парокомпрессионного теплового насоса для нагрева в конденсаторе воды для системы отопления (или горячего водоснабжения) затрачивается электроэнергия на функционирование следующих аппаратов:

на работу электродвигателя компрессора теплового насоса

ли, кВтч;

на работу электродвигателя насоса циркуляции нагреваемой в конденсаторе воды 7Унаскон, кВт-ч ;

на работу электродвигателя насоса циркуляции охлаждаемой в испарителе воды Л^насисп, кВт-ч.

Энергетический показатель выработки теплоты в парокомпрессионной холодильной машине на нагрев жидкости вычисляется по выражению

Э = п /(ы +

Т.нас кон / Vі ком

т.кон

ком

N +

нас.кон

+ Л/насисп), кВт-ч теплоты/ кВт-ч электричества. (1.20)

Энергетический показатель теплового насоса Этнас зависит от давления и температуры конденсации Рк и /к, давления и температуры испарения Р0 и /0 рабочего агента.

Для обычных режимов работы теплового насоса при /к = +40 °С и /0 = +5 °С энергетический показатель равен Этнас = = 3—3,5 кВт-ч/кВт-ч. Следовательно, в режиме теплового насоса вырабатывается в три-четыре раза больше теплоты, чем при использовании того же количества электроэнергии на прямой нагрев в электронагревателе. В этом заключается основной положительный эффект ТН.

Отечественная фирма «Исоляр» (Москва) соорудила системы отопления общественных зданий (например, в школе) с применением тепловых насосов, использующих в качестве источника низкопотенциальной теплоты теплоту грунта на глубине от 1,5 до 20 м, в котором разместила испаритель.

Принцип одновременного получения и полезного использования теплоты и холода в одном процессе и аппаратном комплексе позволил разработать новую схему энергоснабжения спортивных объектов, получившую название «Энергоснабжение спортивного объекта каток — бассейн».

Здесь для получения теплоты на отопление и нагрев воды бассейна используется энергия наружного воздуха, поступающего в кондиционер, а образующийся холод используется в контуре потребления холода для наращивания и поддержания ледяного поля. Энергетический показатель процессов при таком комплексном использовании возрастает до 7—11.

Тепловые насосы получили широкое применение в США, Японии и европейских странах (что объясняется сравнительно высокими температурами наружного воздуха зимой), где они выпускаются миллионными тиражами различных мощностей и назначений.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >
 

Популярные страницы