5.2. Энергосбережение и снижение вредных выбросов

Использование теплоты низкого потенциала тепловыми насосами. Системы аккумулиро-вания теплоты. Виды токсичных газовых выбросов, загрязнение атмосферного воздуха отрас-лями промышленности. Очистка газовых выбросов, снижение выброса токсичных выхлопных газов тепловых двигателей. Парниковый эффект. Тепловое загрязнение водоемов.

По теме не предусмотрены лабораторные работы. Материал темы входит в задачи конт-рольной работы. После изучения теоретического материала следует ответить на вопросы для самопроверки. Более подробная информация по теме – в источниках [1,7].

5.2.1. Энергосберегающие теплообменные установки на тепловых насосах и тепловых трубах

Еще М.В.Ломоносов говорил, что даже в холодной воде теплоты предос-таточно. Любое тело, температура которого отличается от абсолютного нуля, обладает запасом тепловой энергии. Проблема состоит в том, что теплота низкого потенциала (т.е. при низкой температуре) непригодна для прямого использования. Согласно законам термодинамики (раздел 1), для повышения энергетического потенциала необходимо затратить энергию.

Тепловые насосы. В тепловых насосах теплота тела с низкой температурой (например, речной воды в зимнее время) используется для отопления. В этом устройстве температура теплоносителя (обычно фреона), отобравшего теплоту от наружного низкотемпературного теплоисточника, повышается за счет затраты механической энергии до такого уровня, который пригоден для отопительных целей. Тепловая схема и основы теории теплового насоса рассмотрены в теме 1.3.

Тепловые насосы можно использовать в качестве индивидуальных систем обогрева жилых домов, отдельно стоящих зданий и сооружений, насосных (кана-лизационных, водоснабжения) и т.п. Так, для теплоснабжения отдельно стоящих различных насосных станций в настоящее время, как правило, используют преобразование электрической энергии в тепловую с помощью калориферов или различных теплоэлектронагревателей (ТЭНов). Суммарная мощность их огра-ничена 30 кВт. Это вызывает значительные трудности для обеспечения требуемых расчетных температур воздуха внутри насосных станций.

Для экономии электроэнергии предлагается применять тепловые насосы типа «вода-воздух». В насосных станциях систем водоснабжения источником низко-потенциальной теплоты может служить перекачиваемая жидкость, а нагреваемым теплоносителем – воздух станции. В этом случае тепловой насос должен находиться непосредственно в насосной станции.

Принципиальная схема отопления водопроводной насосной станции с по-мощью теплового насоса типа «вода-воздух» приведена на рис. 5.8. Часть перекачиваемой насосами 1 воды подается на испаритель 2, где она охлаждается за счет теплообмена с рабочим веществом теплового насоса, испаряя его. Охлажденная вода возвращается обратно в сеть. Образовавшиеся пары рабочего вещества (хладон-12) из испарителя 2 отсасываются компрессором 3 и сжимаются им до давления, определяемого температурой входящего в конден-сатор 4 воздуха, где происходит его нагрев за счет теплоты конденсации рабочего вещества. Образовавшийся конденсат рабочего вещества через дроссель 5 подается вновь в испаритель 2 и цикл повторяется. Расход электроэнергии на про-качивание воды через испаритель незначителен. Для получения тепловой мощ-ности 10 кВт насосу достаточно перекачать через испаритель примерно 2,5 м³/ч воды, что составляет менее 1 % объема прокачиваемой воды.

На рис. 5.9 представлена схема системы отопления жилого дома с исполь-зованием энергии Солнца с трубными экранами, установленными на крыше, и

Рис. 5.8. Принципиальная схема отопления насосной станции с помощью теплового насоса типа «вода – воздух»: 1 – технологические насосы; 2 – испаритель; 3 – компрессор; 4 – воздушный конденсатор со встроенным вентилятором; 5 – дроссель; В – вода; Х – хладагент (хладон-12). Пунктиром показана заводская поставка.

теплонасосной установки, получающей теплоту от трубных теплообменников, размещенных в грунте. В этих теплообменниках испаряется хладоагент (фреон), перекачиваемый насосом Н1.

Рис. 5.9. Схема отопления жилых помещений теплонасосной установкой с использованием теплоты грунта и Солнца: ТН – тепловой насос; ИГ – испаритель в грунте; СР – солнечный радиатор; Н1 и Н2 – циркуляционные насосы; РО – радиаторы отопления;

РВ – регулирующий вентиль для отключения солнечного радиатора

Новое направление в теплотехнике – использование тепловых труб. Принцип работы тепловой трубы (ТТ) основан на испарении теплоносителя в зоне нагрева

и его конденсации в зоне охлаждения. При этом теплота передается за счет скрытой теплоты парообразование, а циркуляция теплоносителя осуществляется под действием капиллярных или массовых сил, без использования насосов и в отсутствие затрат внешней энергии на перекачку теплоносителя.

Для обеспечения работы ТТ необходимо выполнить следующее соотношение

, (5.4)

где ΔР_гр – гравитационный перепад давления, ΔР_ж – перепад давления в жидкости, ΔР_п – перепад давления пара.

В связи с ростом стоимости энергоносителей в настоящее время разра-батываются способы и конструкции устройств утилизации отработанной теплоты, которая сбрасывается в окружающую среду. На рис. 5.10 изображен регенератор «воздух-воздух», состоящий из пучка оребренных ТТ. Испарители размещены в канале 4, в который сбрасывается отработавший газ, а конденсаторы располо-жены в канале 1, по которому движется холодный воздух.

Рис. 5.10.. Регенератор «Воздух-воздух»