Тепловой Насос Дипломная Работа

Уважаемый гость, на данной странице Вам доступен материал по теме: Тепловой Насос Дипломная Работа. Скачивание возможно на компьютер и телефон через торрент, а также сервер загрузок по ссылке ниже. Рекомендуем также другие статьи из категории «Рефераты».

Тепловой Насос Дипломная Работа.rar
Закачек 2567
Средняя скорость 8984 Kb/s

Тепловой Насос Дипломная Работа

Тепловые насосы — это компактные экономичные и экологически чистые системы отопления, позволяющие получать тепло для горячего водоснабжения и отопления за счет использования тепла низкопотенциального источника путем переноса его к теплоносителю с более высокой температурой.

В качестве естественных источников низкопотенциального тепла могут быть использованы:

• тепло земли (тепло грунта);

• подземные воды (грунтовые, артезианские, термальные);

В качестве искусственных источников низкопотенциального тепла могут выступать:

• удаляемый вентиляционный воздух;

• канализационные стоки (сточные воды);

• тепло технологических процессов;

Рис.1 Схема: Принцип действия теплового насоса.

Стандартные объекты обогрева:

Тепловой насос перекачивает низкопотенциальную тепловую энергию грунта, воды или даже воздуха в относительно высокопотенциальное тепло для отопления объекта. Примерно 2/3 отопительной энергии можно получить бесплатно из природы и только 1/3 энергии необходимо затратить для работы теплового насоса. Иными словами, владелец теплового насоса экономит 70% средств, затрачиваемых регулярно на дизтопливо или электроэнергию для отопления традиционным способом. Затратив 1 кВт электроэнергии в приводе насоса, можно получить 3-4 кВт тепловой энергии. Тепловые насосы применяют для отопления, охлаждения или вентиляции помещений, а также для горячего водоснабжения.

Существуют разные варианты классификации тепловых насосов. По их оперативным функциям насосы делятся на две основные категории:

• тепловые насосы только для отопления и/или горячего водоснабжения, применяемые для обеспечения комфортной температуры в помещении и/или приготовления горячей санитарной воды;

• интегрированные системы на основе тепловых насосов, обеспечивающие отопление помещений, охлаждение, приготовление горячей санитарной воды и иногда утилизацию отводимого воздуха. Подогрев воды может осуществляться либо отбором тепла перегрева подаваемого газа с компрессора, либо комбинацией отбора тепла перегрева и использования регенерированного тепла конденсатора.

Тепловые насосы, предназначенные исключительно для приготовления горячей санитарной воды, зачастую в качестве источника тепла используют воздух среды, но равным образом могут использовать и отводимый воздух.

По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: «грунт—вода», «вода—вода», «воздух—вода», «грунт—воздух», «вода—воздух», «воздух—воздух». Почти все вновь выходящие на рынок устройства используют тепло выпускаемого из помещения воздуха. Также фильтруют и увлажняют при необходимости всасываемый извне воздух.

Отбор тепла от воздуха

Эффективность и выбор определённого источника тепловой энергии сильно зависит от климатических условий, особенно, если источником отбора тепла является атмосферный воздух. По сути этот тип более известен в виде кондиционера. В жарких странах таких устройств десятки миллионов. Для северных стран наиболее актуален именно обогрев зимой. Системы «воздух-воздух» используются и зимой при температурах до минус 25 градусов. Но их эффективность резко падает. При более сильных морозах нужно дополнительное отопление.

Отбор тепла от горной породы

Скальная порода требует бурения скважины на достаточную глубину (100 -200 метров) или нескольких таких скважин. В скважину опускается U-образный груз с двумя пластиковыми трубками, составляющими контур. Трубки заполняются антифризом. По экологическим соображениям это 30% раствор этилового спирта. Скважина заполняется грунтовыми водами естественным путём, и вода проводит тепло от камня к теплоносителю. При недостаточной длине скважины или попытке получить от грунта сверхрасчётную мощность, эта вода и даже антифриз могут замёрзнуть что и ограничивает максимальную тепловую мощность таких систем. Именно температура возвращаемого антифриза и служит одним из показателей для схемы автоматики. Ориентировочно на 1 погонный метр скважины приходится в год 50-60 Вт тепловой энергии. В скандинавских странах со скальным грунтом гранит выполняет роль массивного радиатора, рассеивающего тепло летом/днём и получающего его обратно зимой/ночью. Также тепло постоянно приходит из недр Земли и от грунтовых вод.

Отбор тепла от грунта

Самые эффективные но и самые дорогие схемы предусматривают отбор тепла от грунта, чья температура не меняется в течении года уже на глубине нескольких метров, что делает установку практически независимой от погоды. По данным2006 года в Швеции полмиллиона установок, в Финляндии 50 000, в Норвегии устанавливалось в год 70 000. При использовании в качестве источника тепла энергии грунта трубопровод, в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на 30-50 см ниже уровня промерзания грунта в данном регионе. На практике 0,7 — 1,2 метра. Минимальное рекомендуемое производителями расстояние между трубами коллектора — 1,5 метра, минимум — 1,2. Здесь Не требуется бурение, но требуются более обширные земельные работы на большой площади, и трубопровод более подвержен риску повреждения. Эффективность такая же, как при отборе тепла из скважины. Специальной подготовки почвы не требуется. Но желательно использовать участок с влажным грунтом, если же он сухой, контур надо сделать длиннее. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 м трубопровода в год: в глине — 50-60 Вт, в песке — 30-40 Вт для умеренных широт, на севере цифры меньше. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длиной 350—450 м, для укладки которого потребуется участок земли площадью около 400 м² (20х20 м). При правильном расчёте контур не влияет на зелёные насаждения.

Отбор тепла от водоёма

При использовании в качестве источника тепла близлежащего водоёма контур укладывается на дно. Глубина не менее 2 метров. Коэффициент преобразования энергии тепловым насосом такой же как при отборе тепла от грунта. Ориентировочное значение тепловой мощности на 1 м трубопровода — 30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длиной 300 м. Чтобы трубопровод не всплывал, на 1 пог. м устанавливается около 5 кг груза. Промышленные образцы: 70 — 80 кВт*ч/м в год.

Тепловой насос состоит из:

1. Теплообменник передачи тепла земли внутреннему контуру

3. Теплообменник передачи тепла внутреннего контура системе отопления

4. Дроссельное устройство для понижения давления

5. Рассольный контур и земляной зонд

6. Контур отопления и ГВС

Тепловой насос — это прибор, позволяющий получать тепловую энергию от низкотемпературных источников (воздуха, воды и земли) и использовать ее для обогрева зданий. Экологический эффект от использования этой технологии состоит в том, что она позволяет полностью избежать местных выбросов парниковых газов, образующихся при сжигании топлива. Поэтому замена старых котлов, использующих газ или жидкое топливо, на системы, в основе действия которых лежит тепловой насос, становится приоритетной задачей. Ее решение позволит не только сократить потребление ископаемого топлива, но и значительно снизить выброс в атмосферу диоксида углерода.

Применение тепловых насосов различной тепловой мощности является принципиально новым решением проблемы теплоснабжения и позволяет в зависимости от сезона и условий работы достигать максимальной эффективности. С ростом цен на энергию и большими требованиями к окружающей среде использование тепловых насосов в качестве отопительной системы в домах является наиболее актуальным решением проблемы теплоснабжения. Тепловые насосы имеют большой срок службы до капитального ремонта (до 10 — 15 отопительных сезонов) и работают полностью в автоматическом режиме. Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы. Срок окупаемости оборудования не превышает 2 — 3 отопительных сезона.

Преимущества. Основные достоинства тепловых насосов:

1) Экономичность. Тепловой насос использует введенную в него энергию на голову эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Величина КПД у него много больше единицы. Между собой тепловые насосы сравнивают по особой величине — коэффициенту преобразования тепла (Кпт), среди других его названий встречаются коэффициенты трансформации тепла, мощности, преобразования температур. Он показывает отношение получаемого тепла к затраченной энергии. К примеру, Кпт = 3,5 означает, что, подведя к машине 1 кВт, на выходе мы получим 3,5 кВт тепловой мощности, то есть 2,5 кВт природа предлагает нам безвозмездно.

2) Повсеместность применения. Источник рассеянного тепла можно обнаружить в любом уголке планеты. Земля и воздух найдутся и на самом заброшенном участке, вдали от газовых магистралей и линий электропередач — везде этот агрегат раздобудет для себя «пищу», чтобы бесперебойно отапливать ваш дом, не завися от капризов погоды, поставщиков дизельного топлива или падения давления газа в сети. Даже отсутствие нужных 2-3 кВт электрической мощности не помеха. Для привода компрессора в некоторых моделях используют дизельные или бензиновые движки.

3) Экологичность. Тепловой насос не только сэкономит деньги, но и сбережет здоровье обитателям дома и их наследникам. Агрегат не сжигает топливо, значит, не образуются вредные окислы типа CO, СO2, NOх, SO2, PbO2. Потому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Да и для планеты применение тепловых насосов — благо. Ведь по большому счету на ТЭЦ сокращается расход топлива на производство электричества. Применяемые же в тепловых насосах фреоны не содержат хлоруглеродов и озонобезопасны.

4) Универсальность. Тепловые насосы обладают свойством обратимости. Он «умеет» отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его. Летом избыточную энергию иногда отводят на подогрев бассейна.

5) Безопасность. Эти агрегаты практически взрыво- и пожаробезопасны. Нет топлива, нет открытого огня, опасных газов или смесей. Взрываться здесь просто нечему, нельзя также угореть или отравиться. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки агрегата не приводят к его поломкам или замерзанию жидкостей. В сущности, тепловой насос опасен не более, чем холодильник.

Ограничения применимости тепловых насосов

Основным недостатком теплового насоса является обратная зависимость его эффективности от разницы температур между источником теплоты и потребителем. Это накладывает определенные ограничения на использование систем типа «воздух — вода». Реальные значения эффективности современных тепловых насосов составляют порядка СОР=2.0 при температуре источника −20 °C, и порядка СОР=4.0 при температуре источника +7 °C. Это приводит к тому, что для обеспечения заданного температурного режима потребителя при низких температурах воздуха необходимо использовать оборудование со значительной избыточной мощностью, что сопряжено с нерациональным использованием капиталовложений (впрочем, это касается и любых других источников тепловой энергии). Решением этой проблемы является применение так называемой бивалентной схемы отопления, при которой основную (базовую) нагрузку несет тепловой насос, а пиковые нагрузки покрываются вспомогательным источником (газовый или электрокотел). Оптимальная мощность теплонасосной установки составляет 60…70 % от необходимой установленной мощности. В этом случае тепловой насос обеспечивает не менее 95 % потребности потребителя в тепловой энергии за весь отопительный сезон. При такой схеме среднесезонный коэффициент преобразования энергии для климатических условий Центральной Европы равен порядка СОР=3. Коэффициент использования первичного топлива для такой системы легко определить, исходя из того, что КПД тепловых электростанций составляет от 40 % (тепловые электростанции конденсационного типа) до 55 % (парогазовые электростанции). Соответственно, для рассматриваемой теплонасосной установки коэффициент использования первичного топлива лежит в пределах 120 %…165 %, что в 2…3 раза выше, чем соответствующие эксплуатационные характеристики газовых котлов (65 %) или систем центрального отопления (50…60 %). Понятно, что системы, использующие геотермальный источник теплоты или теплоту грунтовых вод, свободны от этого недостатка. Следствием этого же недостатка является необходимость использования низкотемпературных систем отопления. Однако это ограничение касается только устаревших радиаторных систем отопления, практически не находящих применения в современных технологиях строительства.

Предназначение теплонасосной установки. Подбор вспомогательного оборудования. Выбор схемы и расчет цикла теплонасосной установки. Определение геометрических размеров. Термодинамический расчет холодильного компрессора. Прочностной расчет испарителя.

Нажав на кнопку «Скачать архив», вы скачаете нужный вам файл совершенно бесплатно.
Перед скачиванием данного файла вспомните о тех хороших рефератах, контрольных, курсовых, дипломных работах, статьях и других документах, которые лежат невостребованными в вашем компьютере. Это ваш труд, он должен участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будем вам очень благодарны.

Подобные документы

История тепловых насосов. Рассмотрение применения и принципов действия установки. Описание термодинамических процессов и определение энергозатрат с рабочим телом, расчет данных. Изучение правил выбора оборудования: испарителя, конденсатора и компрессора.

Расчет режима работы и показателей экономичности теплонасосной установки. Выбор насосов, схем включения испарителей, конденсаторов, диаметров трубопроводов. Тепловой расчет и подбор теплообменников. Разработка принципиальной схемы системы водоснабжения.

Определение тепловой мощности системы отопления. Выбор и обоснование схемного решения системы отопления. Выбор компрессора. Компоновка теплонасосной установки. Предохранительный клапан в контуре теплового насоса. Виброизоляция оборудования установки.

Тепловой расчет здания. Расчет теплопотерь через наружные стенки, окна, полы, расположенные на грунте, и двери. Система теплоснабжения с применением теплового насоса. Выбор источника низкопотенциального тепла. Расчет элементов теплонасосной установки.

Цель и задачи разработки опытной теплонасосной установки с автономным электроснабжением. Теплофизические параметры объекта; блок-схема устройства автономного электроснабжения; выбор и обоснование преобразователя. Составление математической модели ТНУ.

Расчет тепловых нагрузок и определение основных факторов, влияющих на них. Определение и содержание рабочих процессов, индикаторных показателей ТНУ. Расчет рабочих показателей компрессора. Подбор серийного конденсатора, испарителя, переохладителя.

Описание технологической схемы. Расчет выпарной установки: поверхности теплопередачи, определение толщины тепловой изоляции, вычисление параметров барометрического конденсатора. Расчет производительности вакуум-насоса данной исследуемой установки.

Расчёт тепловой мощности на горячее водоснабжение, рабочих процессов и индикаторных показателей теплонаносной установки. Теоретическая и действительная индикаторные диаграммы компрессора. Подбор серийных конденсатора, испарителя и переохладителя.

Характеристика парогазовых установок. Выбор схемы и описание. Термодинамический расчет цикла газотурбинной установки. Технико-экономические показатели паротурбинной установки. Анализ результатов расчета по трем видам энергогенерирующих установок.

Схема и принцип действия газотурбинной установки. Выбор оптимальной степени повышения давления в компрессоре теплового двигателя из условия обеспечения максимального КПД. Расчет тепловой схемы ГТУ с регенерацией. Расчёт параметров турбины и компрессора.

Наиболее широкое применение тепловой насос нашёл в домашнем теплоснабжении и кондиционировании воздуха, в особенности, в США, где требуется круглогодичное кондицио-нирование: охлаждение в летние месяцы и нагрев в зимние. Реверсивный тепловой насос, реша-ющий обе задачи, выпускается уже более 30 лет, он экономичен и надежен.

По данным на 1997 год из 90 миллионов тепловых насосов, установленных в мире, 4,28 миллиона аппаратов смонтировано в Европе. Немного, по сравнению с 57 миллионами систем, имеющимися в Японии, где такое оборудование является основным в обеспечении отопления жилого фонда [26].

В Соединенных Штатах насчитывается 13,5 миллионов установленных агрегатов, а еще только развивающийся китайский рынок достиг уровня 10 миллионов систем.

Использованию ТН в мире уделяется серьезное внимание как весьма перспективному энергосберегающему направлению. Однако решение вопросов эффективности, выбора типа ТН, масштабов и областей их оптимального использования в разных странах различается и является далеко не однозначным.

Например, в Европе 77% установленных тепловых насосов используют наружный воз-дух в качестве источника тепла, хотя в Швеции, Швейцарии и Австрии преобладают тепловые насосы, забирающие тепло из грунта.

В Норвегии на конец 1999 года насчитывалось в эксплуатации 27 200 теплонасосных установок. Из вновь установленных в стране в 1999 году теплонасосных установок 67% исполь-зовали в качестве источника тепла окружающий воздух, 12% – отработавший воздух, 19% – во-ду и грунт [26].

По прогнозам мирового энергетического комитета (МИРЭК) к 2020 году в развитых странах 75% систем отопления и горячего водоснабжения будет использовать тепловые насосы. Следует отметить, что ни в одной стране фирмы-изготовители тепловых насосов не входят в рынок без специальной государственной поддержки, которая имеет разные формы льгот (нало-говые, кредитные и т.д.), которые постепенно уменьшаются по мере развития отрасли. Успехи в развитии техники теплонасосного отопления за рубежом обнадеживают отечественных энтузи-астов этого направления и сулят благоприятные перспективы [18].

Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии, например, электрических, газовых или дизельных котлов, заключается в том, что при производстве тепла 75% энергии берется из окружающей среды, а остальные 25% — это электрическая энергия, не-обходимая для работы компрессора теплового насоса. Тепловой насос «выкачивает» солнечную энергию, накопленную за теплое время года в окружающей среде. То есть для производства 4 кВт тепловой энергии Вам необходимо затратить всего лишь 1 кВт энергии электрической -налицосущественная экономия на оплате электроэнергии.

Соотношение вырабатываемой тепловой энергии и потребляемой электрической энергии называется коэффициентом трансформации (или КПД теплового насоса), и служит показателем эффективности его работы. Современные тепловые насосы компании Viessmann имеют высо-кий коэффициент трансформации — от 2 до 7 в зависимости от используемого источника тепло-вой энергии и применяемой системы отопления. Чем меньше разница температур между при-родным источником тепловой энергии и подачей отопительного контура, тем коэффициент трансформации больше. Это фактически означает, что 60-75% потребностей здания в тепло-снабжении тепловой насос обеспечивает бесплатно, и тепло обойдется Вам в среднем в 4,5 раза дешевле, чем при использовании электрических обогревателей.

За последние годы количество новых инсталлированных тепловых насосов (ТН) с элек-трическим приводом возрастало весьма и весьма динамично. С одной стороны, это обусловлено тем, что ТН (тепловой насос) особенно хорошо выполняет требования законодательства по энергосберегающей технике, и, с другой стороны, тем, что с точки зрения комфорта и эксплуа-тационных расходов ТН (теплового насоса)обладает существенными преимуществами в сравне-нии с обычными системами отопления.

Рис.1.3. Структура бытового теплопотребления населения [18]

В суммарном энергопотреблении для жилых домов доля тепловой энергии играет решающую роль: 86 % потребности в энергии частных домашних хозяйств приходится на отопление и приготовление горячей расходной воды и покрывается большей частью за счёт газа и нефти. Так как наличие этих ископаемых энергоносителей ограничено во времени, то требуются альтернативные источники энергии. В этой связи регенеративные, или возобновляемые энергии – в частности ТН (тепловой насос) – сыграют в будущем важнейшую роль. И особенно потому, что в наших широтах для них совпадают предложение и спрос, что лишь с большими оговорками можно сказать об использовании солнечной энергии.

Назначение теплового насоса — точно так же, как вода не течёт вверх, тепло всегда пере-текает только от горячего (источник тепла) к холодному (приёмник тепла). Таким образом, что-бы использовать для отопления и ГВС низкопотенциальное тепло из окружающей среды, т.е. из грунта, воздуха или из грунтовых вод, необходимо это тепло «перекачать» на более высокий уровень. Контур хладагента позволяет «качать» тепло на более высокий температурный уро-вень. Сердцем ТН (теплового насоса) является циркуляционный контур хладагента, работаю-щий с помощью компрессора. По принципу конструкции он идентичен контуру хладагента холодильников, испытанных временем и практикой использования, и поэтому также сопос-тавим с ними по показателю высокой надёжности. Лишь выполняемая задача у него полностью противоположна, а именно: внутри холодильника тепло отбирается у охлаждаемых продуктов и отдаётся с тыльной стороны аппарата в помещение, а ТН (тепловой насос) отбирает тепло из окружающей среды (воды, земли, воздуха) и передаёт его в отопительную систему.

Принцип функционирования теплового насоса приведен на рис.1.4

Рис.1.3. Принципиальная тепловая схема работы теплового насоса [29]

В закрытом контуре происходит поочерёдное испарение, сжатие, конденсация (сжижение) и расширение рабочего вещества – хладагента, закипающего уже при невысокой температуре.

1.Испаритель — в испарителе находится жидкий хладагент низкого давления. Его темпе-ратура ниже, чем температура источника тепла. Поэтому тепло от источника тепла передаётся хладагенту, что приводит к испарению хладагента.

2.Компрессор — газообразный хладагент сжимается в компрессоре до высокого давления и при этом настолько сильно нагревается, что температура хладагента после компрессии ста-новится выше температуры, необходимой для отопления и ГВС. Кроме того, энергия привода компрессора тоже преобразуется в тепло и «перетекает» к хладагенту.

3.Конденсатор — очень горячий хладагент высокого давления отдаёт в конденсаторе всё своё тепло, то есть тепло, полученное от источника тепла, а также тепло энергии привода компрессора в систему отопления (перепад тепловых потенциалов). При этом хладагент сильно охлаждается и снова становится жидким.

4.Расширительный клапан — затем хладагент проходит через расширительный клапан и снова возвращается в испаритель. В расширительном клапане происходит декомпрессия до первоначального давления. Цикл завершился.

Режимы эксплуатации тепловых насосов — ТН(тепловой насос) для отопления помещений – в зависимости от типовых условий – могут эксплуатироваться самыми разнообразными способами. Выбор того или иного режима работы должен ориентироваться, прежде всего, на уже имеющиеся в здании или планируемые системы отдачи тепла и на выбранный источник тепла:

1). Моновалентный режим

О моновалентном режиме эксплуатации речь идёт тогда, когда ТН(тепловой насос) покрывает всю потребность в тепле для отопления и ГВС. Оптимальными для этого являются такие источники тепла, как грунт и грунтовые воды, так как эти источники тепла почти незави-симы от наружной температуры и поставляют вполне достаточно тепла даже при низких тем-пературах.

2). Бивалентный режим

В бивалентном режиме, наряду с ТН(тепловым насосом) всегда применяется второй теплогенератор, чаще всего – уже имеющийся жидкотопливный котёл. В прошлом для одно- и двухсемейных домов этот вид эксплуатации имел огромное значение, прежде всего – в сочета-нии с воздушно-водяным ТН(тепловым насосом). При этом основное теплоснабжение выпол-нялось ТН(тепловым насосом), а, начиная с наружной температуры, например, ниже 0°C, к работе подключался жидкотопливный котёл. Из экономических соображений – поскольку всегда требуется два теплогенератора – такие системы сейчас не получают широкого распространения и реализуются лишь в отдельных редких случаях.

По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: «воздух—воздух», «воздух—вода», «вода —воздух», «вода—вода», «ЗЕМЛЯ—воздух», «ЗЕМЛЯ—вода». Найбольшее распространение в наших широтах получило два вида тепловых насосов,а именно: «воздух—вода»,»земля—вода».

а) Тепловые насосы воздух-вода

Тепловые насосы «воздух-вода» используются в 2 –х схемах(рис.1.7):

1. Забор воздуха в подвале дома.

2. Забор воздуха через внешние выносные сплит-модули.

Источник тепла: воздух. Тип теплового насоса: воздух/вода

Воздух – наименее затратный источник тепла в плане освоения – имеется в неограниченном количестве, его «разработка» не требует проведения дополнительных работ. Современные тепловые насосы воздух/вода можно эксплуатировать почти круглый год (до -15ºС). При более низкой температуре окружающего воздуха установка не покрывает теплопотребность здания, и ее необходимо использовать в сочетании с другим источником тепла или электро-нагревательной вставкой в бойлере. В случае использования теплового насоса воздух/вода расчет параметров источника тепла задается конструкцией или размером установки. Требуемое количество воздуха подается вентилятором, встроенным в установку, на испаритель через воздушные каналы.


Статьи по теме