Тепловое аккумулиров ание энергии

Отопительные котлы

В настоящее время автоматические отопительные котлы на нефти и газе для односемейных домов, а также для домов средних и больших размеров оборудованы регуляторами для включения и выключения. Частота включения и выключения (цикличность работы) котла зависит не только от отношения максимальной мгновенной потребляемой мощности к мощ­ности котельной установки, но также от разности соответ­ствующих температур и емкости системы аккумулирования. Чем выше частота включений и выключений котла, тем выше не только абсолютные потери на пуски и остановы, но и по­тери по отношению к теплу, произведенному в рассматривае­мый промежуток времени.

Кратковременное (буферное) аккумулирование, как это показано на рис. 5.15, позволяет повысить эффективную ем­кость аккумулирования системы и таким образом значительно снизить частоту включения котла. Буферное аккумулирование также уменьшает загрязнение теплообменных поверхностей, которое зависит от количества включений и выключений. Вы­сокая частота включений котла может также оказывать вред­ное влияние на градирню, не позволяя ей работать в опти­мальном режиме. Высокая частота включений приводит, на­пример, к таким негативным последствиям, как продолжи­тельные периоды работы ниже точки росы, увлажнение гра -

дирни и пониженная тяга. Для работы в режимах с сильной недогрузкой (например, в случае работы котельной, рассчи­танной на обогрев помещений и приготовление горячей воды, только для производства горячей воды в летний период) важ­ность буферного аккумулирования еще больше возрастает, поскольку низкая эффективность котла, характерная Для та­ких режимов работы, может быть значительно повышена при­менением буферного аккумулирования. Однако тепловые по­тери процесса аккумулирования должны быть минимальными.

Аналогичны проблемы работы и котельных на твердом топливе (уголь, кокс, дерево, отходы). Имеются, конечно, не­которые возможности регулирования нагрузки путем измене­ния тяги. Однако в большинстве случаев основным методом остается регулирование включением и выключением котла. Буферное аккумулирование (в пределах примерно от 50 до 100 % максимального суточного потребления) особенно важ­но в случае быстрогорящих топлив, таких, как дерево, по­скольку оно повышает эффективность и упрощает работу со­ответствующих котлов.

Кроме снижения потерь при пуске и останове путем теп­лового аккумулирования возможна дополнительная экономия энергии, если удается уменьшить период, в течение которого котел поддерживается при рабочей температуре. Это воз­можно не только летом, когда котельная используется лишь для производства бытовой горячей воды, но и во время ото­пительного сезона, когда работа котельной прерывается (на­пример, в ночное время или в выходные дни).

Рассмотрим обычный котел, поддерживаемый при постоян­ной рабочей температуре и регулируемый путем включения и выключения топки. Примем следующие обозначения: Z0— время, в течение которого котел поддерживается при рабочей температуре; ZTon — время работы топки

j %пол полезное

время работы топки; Zaoт = Zvon + 2ПОл — время работы топ­ки, необходимое для компенсации тепловых потерь (через по­верхность и с уходящими газами) сверх полезного времени работы; / = Ztoii/Zo — коэффициент нагрузки топки; q = = Znor/(Zo — Znon) — коэффициент потерь при остановах;г]в — КПД котла; г)$с сезонный КПД, fс Лвс/Лв ^пол/^топ коэффициент неполноты нагрузки.

Коэффициент потерь при остановах может быть переписан в виде [6.2]

q Zn0T/(ZQ Zno,) = (ZTOn Z„0j,)/(Z0 Zno.,) =

— (1 — 2nol/ZTon)/(Z0/ZTOn 2noJI/ZTOn). (6.1)

После некоторых преобразований получим fc=~Znojl/ZTOn = (l ~q/f)l(l -<?)•

Сезонный КПД будет иметь вид

Пвс == /сЛв = Лв - (6-3)

На рис. 6.1 приведена зависимость коэффициента непол­ноты нагрузки /с от коэффициента нагрузки топки / и коэф­фициента потерь при остановах q. Например, если для годич­ного периода работы / = 0,15 и q = 0,03, то /с = 0,8/0,97 = = 0,825.

Тепловой аккумулятор подходящих размеров может сни­зить Z0 с 8760 ч до, скажем, 5000 ч и, следовательно, увели­чить / до 0,26 и /с до 0,885/0,97 = 0,912.

Однако для случая только летней эксплуатации / снизится до 0,05 и коэффициент при неполной нагрузке станет равным /в == 0,4/0,97 = 0,412. Для теплового аккумулятора, нуждаю-

Рис. 6.2. Электрический внепико­вый аккумулирующий нагреватель [6.3].

1 — аккумулирующая масса (блоки нэ окиси магния); 2 — нагревательная спи­раль; 3 — воздушное пространство; 4 — вход воздуха; 5 — вентилятор; 6 — вы* ход воздуха; 7 — байпас.

щегося в работе котла лишь кратковременно и только раз в несколько суток, f может увеличиться, скажем, до 0,5; со­ответственно /с =0,97. Такое значительное улучшение будет, конечно, частично снижено потерями на охлаждение и через теплоизоляцию аккумулятора. Вместе с тем оно возрастет вследствие снижения потерь при пусках и остановах топки.

В качестве аккумулирующих сосудов в таких системах обычно используются стандартные водяные баки, соединен­ные с отопительными котлами. Для систем горячего водоснаб­жения могут потребоваться коррозионно-стойкие материалы или покрытия.