ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ СИСТЕМ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
5.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ
В системах солнечного теплоснабжения для изменения потенциалов теплового потока применяют термотрансформаторы, что позволяет наиболее рационально удовлетворить возникающие во все возрастающих размерах потребности в теплоте и холоде за счет имеющихся различных источников теплоты и электроэнергии. В сочетании с системами солнечного тепло - и хладоснабжения термотрансформаторы заметно повышают эффективность этих систем.
Для определения действительного коэффициента преобразования термотрансформатора пользуются выражением [79]
ф=ї^гм, (1Л99)
где Тх и Т2 - начальная и конечная температура теплоносителя, К; ц - эмпирический коэффициент, суммарно учитывающий потери цикла от внешней необратимости при теплопередаче, потери в компрессоре и т. п. Для ориентировочных расчетов значения ц рекомендуется принимать в зависимости от производительности установки: до 1 МВт - 0,45...0,55; до 3 МВт - 0,55...0,60; свыше 3 МВт - 0,60...0,65.
В работе [80] приведена схема комплексной системы теплоснабжения, использующей солнечную энергию и теплоту грунта. В систему (рис. 1.45) включены аккумулятор теплоты, резервный источник энергии (дублер) и компрессионный тепловой насос.
|
Рис. 1.45. Схема комплексной альтернативной системы теплоснабжения: |
1 — солнечный коллектор; 2 — аккумулятор теплоты; 3 - тепловой насос; 4 - грунтовый теплообменник; 5 - потребители теплоты; 6 - дублер
Показателем эффективности использования альтернативных источников энергии является доля энергии от них в общей нагрузке теплоснабжения. Коэффициент эффективности (р зависит от вариантов схем системы теплоснабжения.
Первый вариант - моновалентная система, включающая гелиоколлектор (ГК) и тепловой насос (ТН). В этом случае коэффициент эффективности представляет собой долю солнечной энергии QrK, подводимой от ГК к испарителю ТН, в общей нагрузке теплоснабжения Qn0Tp:
ф‘=!в~=1“%1±^’ (1'200)
^потр ^потр
где Qpe3 - мощность теплового потока, поступающего от резервного источника энергии, Вт; L - мощность, затраченная на привод ТН, Вт.
Второй вариант - моновалентная грунтовая система с ТН, в которой используется один источник возобновляемой энергии ГТ - теплота грунта. Тогда коэффициент эффективности представляет собой долю энергии QrT, подводимой от ГТ к испарителю ТН, в общей нагрузке теплоснабжения (3 :
^потр
ф2=-^=1-9Ре3+Ь. (1.201)
QnOTp QnoTp
 |
 |
Третий вариант - бивалентная система с двумя источниками возобновляемой энергии - ГК и ГТ. В этом случае коэффициент эффективности представляет собой долю суммарной энергии QrK + QrT, подводимой к испарителю ТН, в общей нагрузке теплоснабжения QnoTp:
Коэффициент ср используется для анализа эффективности работы комбинированной системы возобновляемых источников энергии, на основании которого можно выбрать оптимальный вариант работы установки по минимальным затратам топлива на резервный источник энергии (дублер).
Интенсивность солнечного излучения изменяется в течение дня. При достижении максимальных значений это приводит к нарушению номинального режима парокомпрессионного цикла в структурных элементах теплового насоса, вследствие чего ограничивается область использования солнечной энергии, особенно в южных районах России.
В связи с этим предложена более перспективная схема теплонасосной системы солнечного обогрева [81] (рис. 1.46), состоящей из гелио - и абонентской систем, функционально взаимосвязанных между собой контуром парокомпрессионного теплового насоса. В испарителе происходит отбор теплоты нагретой солнечным излучением воды с последующей трансформацией и передачей ее системам теплоснабжения.
Эффективность работы предлагаемой системы достигается за счет отбора части теплового потока нагреваемой воды с помощью теплообменника Т1 в гелиоконтуре, установленном до испарителя и работающем на параллельном участке магистрального трубопровода системы теплопотребления относительно теплонасосного контура.
|
Рис. 1.46. Принципиальна схема теплонасосной системы солнечного теплоснабжения повышенной эффективности: |
ГС - гелиоконтур системы; ГП - гелиоприемник, ТН - тепловой насос; К - конденсатор; И - испаритель; СО - система низкотемпературного отопления; СГВ - система горячего водоснабжения; БА - бак-аккумулятор, ДИЭ - дополнительный источник энергии; РРТ - регулятор разности температур; ЦН - циркуляционный насос; Т1- ТЗ - теплообменники; РТ1-РТ7 - регуляторы температуры; - им
пульсные связи
С помощью температурного регулятора РТ7 можно стабилизировать рациональный температурный режим теплового насоса, прежде всего в периоды максимальной интенсивности солнечного излучения либо при несоответствии графиков выработки и потребления теплоты определенными системами. При работе теплонасосной системы солнечного теплоснабжения одновременно с выработкой теплоты происходит и зарядка бака-аккумулятора.
Предложенная система солнечного теплоснабжения дает возможность рационально распределить теплоту солнечного нагрева воды между теплообменниками для повышения технического ресурса ТН путем стабилизации его работы в номинальном теплогидравлическом режиме. Одновременно обеспечиваются условия повышения эффективности процессов преобразования солнечного излучения с увеличением общей выработки теплоты для систем коммунально-бытового назначения.
