10342

Данная зависимость в графической форме, в качестве вольт-амперной ха-

рактеристики I = f(U) фотоэлемента и зависимости его мощности от напряже-

ния P = f(U), приведена на рисунках 5.11 и 5.12, соответственно. Точка на кри-

вой вольт-амперной характеристики, соответствующая оптимальной выходной мощности Pопт (максимальной), называется точкой пиковой мощности.

Коэффициент полезного действия фотоэлемента, ηф, %, равен [32]:

где Fф – площадь фотоэлемента, м²; Eэ – эталонная энергетическая освещен-

ность, Eэ = 1000 Вт/м².

Как видно из рисунка 5.13 [29], с ростом энергетической освещенности E,

Вт/м², увеличивается оптимальная мощность Pопт, Вт, и ток Iопт, А, при практи-

чески неизменяющемся оптимальном напряжении Uопт, В. В режиме холостого хода напряжение достигает своего максимального значения U = Uхх при сопро-

тивлении активной нагрузки R = ∞. При коротком замыкании напряжение фо-

тоэлемента U = 0, а ток достигает своего максимального значения I = Iк, при сопротивлении R = 0.

На рисунке 5.14 приведена зависимость вольтамперной характеристики фотоэлектрического модуля при различных величинах энергетической осве-

щенности E, Вт/м², и постоянной температуре фотоэлементов tф = const. На ри-

сунке 5.15 приведена зависимость вольтамперной характеристики от темпера-

туры фотоэлемента tф, °C. Чем выше температура фотоэлемента, тем меньше его фактическая активная мощность P.

Вольт-амперные характеристики фотоэлектрических модулей, состоящих из нескольких фотоэлементов приведены на рисунке 5.16. У модулей с после-

довательным соединением фотоэлементов складываются значения напряжений,

а у параллельно соединенных – значения токов. Батареи, собираемые из боль-

шого количества фотоэлектрических модулей, имеют вольтамперные характе-

ристики, требующие более подробного анализа.

100

Рис. 5.16. Зависимость вольт-амперной характеристики фотоэлектрического модуля в зависимости от после-довательности соединения его фотоэлементов: 1 – состоящего из одного фотоэлемента; 2 – из двух фотоэлементов, соединенных последовательно; 3 – из двух фотоэлементов, соединенных па-раллельно; 4 – из четырех фотоэлементов соединенных

друг с другом последова-тельно и параллельно или параллельно и последовательно.

5.3. Тепловые насосы

Тепловой насос (трансформатор теплоты) [33, 34, 35, 36] – устройство,

предназначенное для повышения температуры теплоносителя посредством за-

траты механической работы до такой величины, при которой теплоноситель способен отдать теплоту на технологические нужды, например, для отопления или горячего водоснабжения здания.

Принцип работы теплового насоса основан на работах французского фи-

зика и математика Николя Леонара Карно, а именно, описанного в его диссер-

тации от 1824 г. цикла Карно [33]. Первая практическая конструкция теплового насоса была предложена Вильямом Томсоном (впоследствии барон Кельвин) в 1852 г. и получила название «умножитель теплоты». Широкое развитие тепло-

вые насосы получили в 20-30 годах XX века. Д. Холдейн описал испытание домашнего теплового насоса для отопления и горячего водоснабжения с ис-

пользованием теплоты окружающего воздуха в 1930 г. [35]. Первая крупная теплонасосная установка в Европе мощностью P = 175 кВт была введена в экс-

плуатацию в Цюрихе в 1939 г. В 1963 г. в США было выпущено более 76 000

тепловых насосов заводского изготовления, однако низкая стоимость прямого электроотопления в 60-е годы привела к дальнейшему падению спроса на теп-

102

ловые насосы вплоть до энергетического кризиса 1973 г. Уже в 1976 г. прода-

жи тепловых насосов только в США составили более 300 тысяч, а их общее количество превышало более 2 миллионов. По прогнозам Мирового энергети-

ческого комитета (МИРЭК) к 2020 г. 70 % коммунального и производственно-

го теплоснабжения в развитых странах будет осуществляться с помощью теп-

ловых насосов [35].

Тепловые насосы классифицируются по следующим признакам:

− по принципу действия, на парокомпрессионные, абсорбционные, ад-

сорбционные, термоэлектрические; − по источнику низкопотенциальной теплоты, на использующие наруж-

ный воздух, подземные или поверхностные воды, солнечную энергию, грунт,

технологические и вентиляционные выбросы; − по комбинации источника низкопотенциальной теплоты и нагреваемой

тепловым насосом средой, на воздух-воздух, воздух-вода, вода-воздух, вода-

вода, грунт-вода, вода-грунт; − по источнику затрачиваемой на работу теплового насоса энергии, де-

лятся на потребляющие электроэнергию, ископаемое топливо и вторичные энергетические ресурсы;

− по типу инженерной системы, на нужды которых используется ото-

бранная теплота: отопительные, вентиляционные, кондиционирования воздуха и технологические.

Наибольшее распространение на данный момент имеют компрессионные тепловые насосы, принципиальная схема работы которых приведена на рисунке

5.17, а цикл их работы на T-S и lgp-i диаграммах на рисунках 5.18 и 5.19, соот-

ветственно. Принцип работы компрессионного теплового насоса следующий

[36]. В испарителе 1 за счет теплоты низкопотенциального источника теплоты

(речной воды, грунта, воздуха) происходит парообразование низкокипящего теплоносителя, например, фреона (процесс 4-1) и отбор им теплоты q, Дж. Об-

разовавшийся перегретый пар адиабатно сжимается в компрессоре 2 (процесс

1-2), затрачивающем работу lк, Дж, для повышения температуры теплоносите-

103

ля, конечная температура которого зависит от степени сжатия в компрессоре.

Пар поступает в конденсатор 3, где он изменяет фазовое состояние на жидкое,

отдавая теплоту lк+q в систему ГВС, отопления или на нужды технологического процесса (процесс 2-3). Образовавшийся конденсат направляется в дроссель-

ный вентиль 4, в котором происходит понижение его давления до pо (процесс 3-

4), после чего жидкий теплоноситель вновь поступает в испаритель 1. В цикле предусмотрен перегрев пара в испарителе 1 на величину tпг (ΔTпг), °C (K), во избежание влажного хода компрессора и, как следствие, опасности разрушаю-

щего гидравлического удара. Конденсат теплоносителя переохлаждается на величину tпо (ΔTпо), °C (K).

Рис. 5.17. Принципиальная схема компрессионного теплового насоса: 1 – испаритель; 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 – дроссельный вентиль

104

Эффективность теплового насоса определяется как отношение количества теплоты, отданного конденсатором, к затраченной работе компрессора и назы-

вается отопительным коэффициентом или коэффициентом преобразования [23]:

В настоящее время одним из наиболее распространенных типовых реше-

ний является индивидуальный геотермальный тепловой насос, обслуживаю-

щий, как правило, одноквартирные жилые дома.

Принципиальная схема его работы приведена на рисунке 5.20. В данной схеме тепловой насос 1 преобразует низкопотенциальную энергию грунтовых вод, грунта или поверхностного водоема 2.

Рис. 5.20. Принципиальная схема использования геотермального теплового насоса в одноквартирном жилом доме: 1 – тепловой насос; 2 – источник низкопотенциальной тепловой энергии; 3 – бойлер косвенного нагрева; 4 – тепловой аккумулятор; 5, 6, 7 – циркуляционные насосы; 8 – отопительные приборы; 9 – система отопления; 10 – душ; 11 – мойки; 12 – система горячего водоснабжения

105

Низкопотенциальный теплоноситель подается в тепловой насос посред-

ством циркуляционного насоса 5. Циркуляционный насос 6 подает высокотем-

пературный теплоноситель из теплового насоса в бойлер косвенного нагрева 3

системы ГВС 12, а насос 7 – в тепловой аккумулятор 4 системы отопления 9.

По трубопроводам систем отопления и ГВС теплоноситель поступает к отопи-

тельным 8 и водоразборным приборам 10, 11.

5.4.Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы

1)На какие типы классифицируется ветроэлектрогенераторы по положе-

нию ветроприемного устройства относительно направления ветрового потока?

2)Что такое коэффициент использования мощности ветроприемного устройства ветроэлектрогенератора?

3)Дайте описание конструкции и принципов работы промышленных вет-

роэлектрогенераторов.

4)Как определить коэффициент полезного действия фотоэлемента?

5)Опишите работу монокристаллического кремниевого фотоэлемента.

6)Дайте зависимость для определения оптимальной (максимальной)

мощности фотоэлектрического модуля.

7)Как зависит активная мощность фотоэлектрического модуля от его температуры, изобразите график данной зависимости?

8)Что такое тепловой насос?

9)В чем заключается принцип работы теплового насоса?

106

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Пилипенко, Н.В. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности инженерных систем и сетей / Н.В. Пилипенко, И.А. Сиваков. – СПб.: НИУ ИТМО, 2013. – 274 с.

2.Закон Российской Федерации "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" от 23.11.2009 № 261 // Собрание законодательства Российской Федерации. 2009 г. № 48. Ст. 5711 с изм. и допол. в ред. от 04.07.2016.

3. Методические рекомендации по соблюдению государственными (муниципальными) учреждениями законодательства об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности. – М.: Минэнерго, 2010. – 17 с.

4. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23- 02-2003. – М.: ФАУ «ФЦС», 2012. – 95 с.

5. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-02-99*. – м.: ФАУ «ФЦС», 2015. – 119 с.

6. СП 230.1325800.2015 Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей. – М.: ФАУ «ФЦС», 2015. – 72 с.

7. СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий. – М.: ОАО ЦНИИПромзданий, 2004. – 139 с.

8. Малявина, Е.Г. Теплопотери здания: справочное пособие / Е.Г. Малявина. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2007. – 144с.

9. Боронбаев, Э.К. Повышение энергоэффективности зданий: предпосылки, теория, практика / Э.К. Боронбаев. – М.: Изд-во «Кыргызстан», 2004. – 258 с.

10. Теплоснабжение и вентиляция. Курсовое и дипломное проектирование / Под. Ред. проф. Б.М. Хрусталева. – М.: Изд-во АСВ, 2012. – 784 с.

11. Пырков, В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование / В.В. Пырков. – Киев: ІІ ДП «Такі справи», 2007. – 252 с.

12. СП 4-101-95. Проектирование тепловых пунктов. – М.: Минстрой России, 1996.– 165 с.

13. Пырков, В.В. Особенности современных систем водяного отопления. – Киев: ІІ ДП «Такі справи», 2003. – 176 с.

14. СП 124.13330.2012. Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02- 2003. – М.: Минрегион России, 2012. – 73 с.

15.Подгорный, В.Ю. Рекомендации по проектированию автоматизированных узлов присоединения многоэтажных зданий к тепловым сетям г. Киева.2-я редакция. – Киев: АО Киевпроект, 2000. – 23 с.

16.Рекомендации по применению автоматизированных систем отопления и горячего водоснабжения в жилых и общественных зданиях. ЦНИИЭП инженерного оборудования. – М.: Стройиздат, 1975. – 35 с.

17.Гершкович, В.Ф. Рекомендации центра энергосбережения КиевЗНИИЭП по применению современного эффективного оборудования в системах отопления и горячего водоснабжения зданий при централизованном теплоснабжении. – Киев: КиевЗНИИЭП, 2003. – 150 с.

107

18. Сканави, А.Н. Отопление: учебник для вузов / А.Н. Сканави, Л.М. Махов. – М.:

Изд-во АСВ, 2008. – 576 с.

19. Яушоветц, Р. Гидравлика – сердце водяного отопления / Р. Яушоветц. – Вена: Герц Арматурен ГмБх, 2005. – 199 с.

20. Богословский, В.Н. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха / В.Н. Богословский, М.Я. Поз. – М.: Стройиздат,

1988. – 320 с.

21. Краснов, Ю.С. Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для производственных и общественных зданий / Ю.С. Краснов. – М.: Техносфера; Термокул, 2006. – 288 с.

22. Голицын, М.В. Альтернативные энергоносители / М.В. Голицын, А.М. Голицын,

Н.В. Пронина. – М.: Наука, 2004. – 159 с.

23. Амерханов, Р.А. Оптимизация сельскохозяйственных энергетических установок с использованием возобновляемых видов энергии / Р.А. Аменханов. – М.: КолосС, 2003. – 532 с.

24.E-126 EP8 [Электронный ресурс] / Enercon. Energy for the World. URL: http://www.enercon.de (дата обращения: 02.10.2015).

25.Германович, В. Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы / В. Германович, А. Турулин. – СПб.: Наука и техника, 2011. – 320 с.

26.Обозов, А.Д. Возобновляемые источники энергии / А.Д. Обозов, Р.М. Ботпаев. –

Бишкек.: КГТУ, 2010. – 218 с.

27. Лосюк, Ю.А. Нетрадиционные источники энергии / Ю.А. Лосюк, В.В. Кузьмич. – Минск.: УП «Технопринт», 2005. – 234 с.

28.Шпаннеберг, Х. Электрические машины: 1000 понятий для практиков / Х. Шпаннеберг. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 252 с.

29.Елистратов, В.В. Использование возобновляемой энергии / В.В. Елистратов. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – 224 с.

30.Развитие солнечных технологий в Мире. Информационная справка. ФГБУ Аналитический центр при Правительстве РФ, 2013. – 9 с.

31.Гибилиско, С. Альтернативная энергетика без тайн / С. Гибилиско. – М.: Эксмо,

2010. – 368 с.

32.Даффи, Д. Основы солнечной теплоэнергетики / Д. Даффи, У. Бекман. – Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2013. – 888 с.

33. Амерханов, Р.А. Тепловые насосы / Р.А. Амерханов. – М.: Энергоатомиздат, 2005.

– 160 с.

34. Васьков, Е.Т. Термодинамические основы тепловых насосов / Е.Т. Васьков. –СПб.: СПб. гос. архит.-строит. ун-т, 2007. – 127 с.

35. Рей, Д. Тепловые насосы / Д. Рей, Д. Макмайкл. – М.: Энергоиздат, 1982. – 224 с.

36. Мирам, А.О. Техническая термодинамика. Тепломассообмен / А.О. Мирам, В.А. Павленко. – М.: Издательство АСВ, 2011. – 352 с.

108

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.5.Государственные и муниципальные энергосервисные договора…………….. 13

1.6.Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы………………. 17

Глава 2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ.. 18

2.1.Требования к тепловой защите зданий…………………………………………. 18

2.2.Определение класса энергосбережения здания……………………………….. 23

109