Энергетические установки на базе тепловых насосов

Введение
Основные обозначения и сокращения
Общие сведения о термодинамике тепловых насосов
Исследование рабочих циклов тепловых насосв
Энергетические использующие установки, низкотемпературные источники эненргии
Экономические и экологические аспекты использования энергетических установок на базе тепловых насосв
База данных по энергетическим установкам на базе тепловых насосов

Введение

Теплоснабжение в условиях России с ее продолжительными и достаточно суровыми зимами требует весьма больших затрат топлива, которые превосходят почти в 2 раза затраты на электроснабжение. Основными недостатками традиционных источников теплоснабжения являются низкая энергетическая (особенно на малых котельных), экономическая и экологическая эффективность (традиционное теплоснабжение является одним из основных источников загрязнения крупных городов). Кроме того, высокие транспортные тарифы на доставку энергоносителей усугубляют негативные факторы, присущие традиционному теплоснабжению.

Нельзя не учитывать и такой серьезный термодинамический недостаток, как низкий эксергетический КПД использования химической энергии топлива для систем теплоснабжения, который в системах отопления составляет 6-10%.

Чрезвычайно велики затраты на тепловые сети, которые являются, вероятно, самым ненадежным элементом в системах централизованного теплоснабжения. Удельная аварийность для трубопроводов диаметром 1400 мм составляет одну аварию в год на l км длины, а для труб меньшего диаметра - около шести аварий. Если учесть, что общая протяженность тепловых сетей в России доставляет 650 тыс. км, а в полной замене нуждаются 300 тыс. км, становится очевидно, что строительство и поддержание тепловых сетей в рабочем состоянии требуют затрат, соизмеримых со стоимостью ТЭЦ или районных котельных.

Все перечисленные негативные факторы традиционного теплоснабжения настоятельно требуют интенсивного использования нетрадиционных методов.

Одним из таких методов является полезное использование рассеянного низкотемпературного (5-30° C) природного тепла или сбросного промышленного тепла для теплоснабжения с помощью тепловых насосов.

Тепловые насосы в силу того, что они избавлены от большинства перечисленных недостатков централизованного теплоснабжения, нашли широкое применение за рубежом, если в 1980 г. в США работало около 3 млн. теплонасосных установок, в Японии 0,5 млн., в Западной Европе 0,15 млн., то в 1993 г. общее количество работающих теплонасосных установок (ТНУ) в развитых странах превысило 12 млн., а ежегодный выпуск составляет более 1 млн. Массовое производство тепловых насосов налажено практически во всех развитых странах. По прогнозу Мирового энергетического комитета к 2020 г. в передовых странах доля отопления и горячего водоснабжения с помощью тепловых насосов составит 75 % [185].

Основные обозначения, индексы и сокращения

Обозначения величин

с - теплоемкость, кДж/(кг? К);
d - влагосодержание водяных паров воздуха, кг/кг;
G - массовый расход, кг/с;
H - теплоперепад, Дж/кг, кДж/кг;
h - энтальпия, Дж/кг, кДж/кг;
р - давление, Па, кПа;
n - частота вращения, 1/c;
N - мощность, Вт, кВт, Мвт;
q - удельный расход теплоты, Дж/Дж, кДж/кДж;
Q - количество теплоты, Вт, кВт, Мвт;
s - энтропия, Дж/(кг? К), Дж/(кг? К);
t - температура, ° С;
T - температура, К;
v - удельный объем, м³/кг;
х - степень сухости пара;
h - КПД;
h _{м - механический КПД;}
p - степень повышения ( понижения) давления;
s - коэффициент сохранения давления.

Индексы

в - воздух;
вд - вода;
вл - влажный;
вн - внутренний;
к - конечный;
конд - конденсация;
п - пар;
см - смесь;
ср - средний;
сух - сухой;
р - расчетный;
s - насыщение;
i - внутренний;
₀ - начальный; расчетный; номинальный;
ж - жидкость.

Сокращения

КПД - коэффициент полезного действия;
ТНУ - тепловая насосная установка.