28 | 07 | 2017
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Системы теплоснабжения с использованием НИЭ

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.00 (1 Голос)

1 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЭ ФЕРМСКОГО ХОЗЯЙСТВА

1.1 Краткая характеристика учебно-научного полигона

В университете разработан гелиоветровой модуль фермера КТН Чебатарем С. В. Полигон по использованию НИЭ в сельскохозяйственном производстве предназначен для апробации и отработки технологии применения различных видов НИЭ как в единичном исполнении, так и в комплексном.

Для этих целей на полигоне, структурная схема которого показана на рис.1, установлено следующее оборудование:

Структурная схема модуля

Рис.1 Структурная схема модуля

1-выгульный баз коровника; 2- котельная; 3- гелиоустановка для горячего водоснабжения мощностью 40 кВт; 4- сушильная установка; 5- сенохранилище; 6- свиноферма; 7- биогазовая установка; 8- гелиоустановка мощностью 20 кВт; 9- экспериментальный дом-лаборатория; 10- сушильная установка; 11- гелиоконцентратор; 12- ветроэнергетический агрегат «Корсунского»; 13- роторный ветроэнергетический агрегат; 14- ветроэнергетический агрегат АВЭУ 6-4; 15- грунтовый аккумулятор горизонтального типа.

-ветроэнергетический агрегат АВЗУ6 - 4, предназначенный для выработки электрической энергии в размере 4кВт при скорости ветра более 4 м/с.

-ветроэнергетический агрегат «Корсунского», предназначенный для выработки электрической энергии в размере 30 кВт при скорости ветра более 5 м/с;

-роторный ветроагрегат, предназначенный для выработки электрической энергии в размере 16 кВт при скорости ветра более 5 м/с;

-биоэнергетическая установка, предназначенный для сбраживания 3 м3 навоза, получения до 0,5 м3 биогаза в сутки. Тепловой режим работы установки обеспечивается либо от гелиоустановки, либо от системы ГВС. работающей на электроэнергии (биогазе); гелиоустановки:

а) мощностью 40 кВт - для ГВС животноводческого комплекса;

б) мощностью 20 кВт - для ГВС лаборатории НИЭ;

в) мощностью 20 кВт - для ГВС биогазовой установки;

-экспериментальный дом-лаборатория с комбинированным энергоснабжением;

- грунтовый аккумулятор горизонтального типа.

1.2 Разработка принципиальных схем теплоснабжения  фермского дома

1.2.1 Система теплохладоснабжения фермерского дома с использованием гелиоустановки.

Система, включающая в свой состав в качестве нагреваемого элемента, состоит из следующих элементов: гелиоколлектора 1; бака-аккумулятора 2; теплообменники 3, дыхательного бака 4, подниточного бачка 5, водяного насоса 6, трубопровода накопительного отопления 7 , вентилей 8-11. Система позволяет обеспечивать горячее водоснабжение, наибольшее отопление помещения в ночное время, либо в дневные часы в переходные периоды. Принципиальная схема системы представлена на рис.2, а разбор режимов работы приводится ниже.

Режим 1: горячее водоснабжение. Режим работоспособен при благоприятных эктинометрических условиях. Установка переводится в рабочее состояние, после заправки теплосистемпервого контура и бак-аккумулятора, открытием вентилей 9, 13, 14.

Под дейсвием падающей солнечной радиации, потащенной гелиоприемником, теплоноситель первого контура нагревается. Появляется температурный напор, при помощи которого осуществляются циркуляция по замкнутому контуру. В процессе циркуляции нагретый теплоноситель проходит через змеевиковый теплообменник, помещенный в бак-аккумулятор. В результате теплообмена нагретый теплоноситель, охлаждаясь, нагревает теплоноситель, помещенный в баке-аккумуляторе.

После охлаждения теплоноситель вновь поступает на нагрев в гелиоприемник. Нагретый теплоноситель, в результате стратификации, собирается в верхней части бака-аккумулятора на ГВС дома осуществляется по системе водоводов через вентиль 10. Вентиль 11 служит для разбавления горячей воды до требуемой температуры.

Режим 2 Ночное отопление. Система приводится в рабочее состояние открытием вентилей 8; 13. Остальные вентили находятся в закрытом состоянии. Циркуляция нагретого в течении светового дня теплоносителя через напольные нагревательные элементы 7 осуществляется циркуляционным насосом 6. Теплоноситель при своем движении циркулирует по следующей линии: бак-аккумулятор 2 - теплообменник 3 - напольный обогревательный элемент 7 - циркуляционный насос 6 - вентиль 8; 13 -теплообменник 3 - бак-аккумулятор 2.

Режим 3. Дневное отопление гелиоустановки. В переходные периоды года, когда требуется незначительная мощность нагрева напольных отопительных элементов в качестве источника тепловой энергии используются непосредственно гелиоустановка.

При этом нагретый гелиоприемниках теплоноситель непосредственно подается давлением, создаваемым циркуляционным насосом 6, в напольные нагревательные элементы. В данном режиме вентили 8; 9; 14; открыты. При достаточном давлении, создаваемом температурным напором нагретого теплоносителя в гелиоприемниках, возможна естественная циркуляция теплоносителя. При этом вентиль 12 открывается, а насос 6 отключается.

С целью автоматизации процесса управления работой системы нагрева воды и отопления устанавливаются электрозадвижки в замен вентилей 8, 9, 13, 14. Управление задвижками и насосом осуществляется с пульта управления, установленного в доме.

Принципиальная схема гелиоустановки с системой напольного отопления и горячего водоснабжения

Рис.2 Принципиальная схема гелиоустановки с системой напольного отопления и горячего водоснабжения

1-теплоколлектор; 2-бак-аккумулятор; 3-теплообменник; 4-дыхательный бачок; 5-подпиточный бак; 6-циркуляционный насос; 7- напольный обогревательный элемент; 8-14 – вентили

1.2.2 Система отопления и ГВС фермерского дома с использование биогазовой установки и ветроагрегатов.

Основными элементами системы является: электроводонагреватель 1 мощностью 6 кВт., потребляющий электроэнергию от роторного ветроагрегата; газовый котел 2, работающий на биогазе; теплообменник 3, встроенный в бак-аккумулятор 4 емкостью 6,3 м3 ; отопительные батареи 5 плоского типа, установлены в помещении; трубопровод напольного отопления 6; водяной насос 7; регулирующие вентили 8, 9, 10, 14-17; запорный вентиль горячего водоснабжения 11.

Работоспособность системы обеспечивается пятью режимами.

Режим 1. Аккумуляция тепла при электрообогреве. В данном режиме газовый котел не работает, к системе ГВС и отпления подключен электрокотел. Электрообеспечение электрокотла осуществляется от рационального ветроагрегата. Электрокотел с баком-аккумулятором 4 тепловой энергии соединен гидравлически через теплообменник 3. Нагрев теплоносителя в баке-аккумуляторе 4 осуществляется посредством теплообмена, протекающем через змеевиковый теплообменник 3. Теплоноситель нагревается в электрокотле 1. Во время работы вентили 8; 10 открыты.

Режим 2. Аккумуляция тепла при газовом обогреве. В этом режиме отключается электрокотел, открываются вентили 9, 10. Принцип работы аналогичен выше описанному. В качестве энергопитателя используется биогаз, вырабатываемый в биогазовой установке.

Принципиальная схема системы отопления и ГВС с использование биогазовой установки и ветроагрегатов

Рис.3 Принципиальная схема системы отопления и ГВС с использование биогазовой установки и ветроагрегатов.

1-электроводонагреватель; 2-газовый котел; 3-теплообменник; 4-бак-аккумулятор; 5-отопительные батареи; 6-трубопровод напольного отопления; 7-водяной насос; 8, 9, 10, 14-17-регулирующие вентили; 11-вентиль горячего водоснабжения; 12-биогазовая установка; 13- ветроагрегат; 18-электроводонагреватель

Режим 3. Обогрев помещения системой напольного обогрева. Для обогрева помещения с использованием напольного отопления в качестве источника энергии важно использовать аккумулированный тепловой энергии получаемой в электрокотле, (газовом котле).

В первом варианте открываются вентили 10, 15. Включается в работу насос 7, управление котлрого осуществляется от температурного датчика, установленного в помещении. Циркуляция теплоносителя осуществляется по следующей линии: бак-аккумулятор - змеевиковый теплообменник, вентиль 15 - элементы напольного отопления - насос 7 - вентиль 9, 10 - змеевиковый теплообменник 3 - бак аккумулятор 4.

Во втором варианте вентили 8, 15 (9, 10), открываются, включается в работу насос 7. Нагретый в электрокотле (газовом) теплоноситель циркулирует по линии: электрокотел (газовый) - вентиль 15 - элементы напольного отопления 6 - насос 7 - вентиль 8(9) - электрокотел (газовый).

Режим 4. Обогрев помещения плоскими отопительными батареями 5. Подача тепловой энергии в батареи возможна от тех же источников энергии, что и в режиме 3. Вентили 14, 16, 10 (либо 8 или 9) открыты.

В отличии от режима 3, режим 4 осуществляется за счет естественной циркуляции теплоносителя и имеет высокую температуру 65-85°С.

При понижении температуры в баке-аккумуляторе 4 ниже заданного уровня автоматически включается электрокотел (газовый котел) и осуществляемся манипуляция с электродвижками - вентили 8, 9, 10.

Режим 5. В этом режиме осуществляется комбинированный обогрев помещения как напольным отоплением, так и батарейным.

Для перевода системы в этот режим вентили 14, 17 открываются, а 15, 16 закрывают. Циркуляция осуществляется естественным способом, так и принудительно насосом 7. При этом теплоноситель последовательно проходит отопительные батареи и элементы системы напольного обогрева.

В данной системе предусмотрен разбор горячей воды и на бытовые нужды фермера через вентиль 11. Вентиль 19 служит для регулирования температуры потребляемой воды.

1.2.3 Система теплохладоснабжения индивидуального фермерского дома с использование теплового насоса типа АК-7

Рассмотренные выше системы позволяют осуществлять одностороннее регулирование микроклимата т. е. нагрев помещения. Когда требуется понижение температуры в помещение, используют кондиционеры, но они малопроизводительны. Используя тепловой насос АК-7 фермер, используя те же затраты электроэнергии 2-3 кВт. ч., может осуществлять следующие операции:

1) подогрев воды для ГВС;

2) подогрев воды для напольного отопления;

3) нагрев воздуха для воздушного отопления;

4) охлаждение холодильной камеры;

5) конденционирование воздуха.

Выполнить перечисленные операции позволяет система теплохладоснабжения (рис.3). Основные элементом данной системы является компрессорно-конденсаторный агрегат АК-7, состоящий из компрессора 1 и конденсатора 2; конвективного теплообменника 3; емкости для подогрева воды 4; воздушного конденсатора 5; нагружного испарителя 6; испарителя холодильной камеры 7, воздушного испарителя 8, регенеративного теплообменника 9.

Система построенная так, что может работать в зависимости от потребностей, различных режимах, перечисленных выше, как в отдельности так и совместно. При этом осуществляется трансформация теплоты холодильных камер и охлаждающего воздуха в кондиционное тепло ГВС и О, а так же воздушного отопления. Во время трансформации тепловой энергии компрессор 1откачивает пары фреона, сжимает их до давления конденсации и направляет, в зависимости от режима работы, либо в воздушный конденсатор 5, либо в конвективный теплообменник 3 и змеевиковый теплообменник, помещенный в бак-аккумулятор 4. В конденсаторах в результате теплообмена с теплоносителем осуществляется конденсация паров фреона с выделением теплоты.

Теплота, выделяющаяся при конденсации в теплообменнике 3 служит для подогрева воды в системе напольного отопления. Теплота, выделяющаяся в теплообменник емкости 4 служит для подогрева воды в системе горячего водоснабжения. Теплота выделяющаяся в воздушном конденсаторе 5 служит для подогрева воздуха в системе воздушного отопления. В испарителях за счет резкого изменения давления температура фреона, резко понижается.

Схема разводки фреоновых трубопроводов

Рис.3 Схема разводки фреоновых трубопроводов.

1-компрессор; 2-конденсатор; 3-конвективный теплообменник; 4- емкость для подогрева воды; 5-воздушный конденсатор; 6-наружный испаритель; 7-испарителя холодильной камеры; 8-воздушный испарителя; 9-регенеративный теплообменник

Теплота, выделяющаяся при конденсации в теплообменнике 3 служит для подогрева воды в системе напольного отопления. Теплота, выделяющаяся в теплообменник емкости 4 служит для подогрева воды в системе горячего водоснабжения. Теплота выделяющаяся в воздушном конденсаторе 5 служит для подогрева воздуха в системе воздушного отопления.

Скондиционировавшийся фреон поступает в штатный конденсатор 2, после чего он, проходя через регенеративный теплообменник 9, доохлождается и попадает в испарители 6, 7, 8. В испарителях за счет резкого изменения давления температура фреона, резко понижается и он способен интенсивно воспринимать тепло окружающей среды. В качестве источника тепловой энергии для испарителяб: служат наружный воздух, вода нагретая в гелиоустановке, для испарителя 7 - тепло холодильной камеры, испарителя 8 - воздуха удаляемого из комнат. В результате теплообмена с источником теплоты фреон переходит в газообразное состояние. Пары фреона вновь отсасывает компрессор и цикл повторяется.

Сочетание различных режимов работы испарителей и конденсаторов позволит экспериментально проверить различные системы отопления - воздушно и напольно водяная, а так же сопоставление различных: источников тепла насоса - холодильной камеры, отработанного воздуха помещений, наружного воздуха.

Одной из таких систем является система напольного отопления, представленная на рис.4

Схема системы напольного отопления

Рис.4 Схема системы напольного отопления.

1-компрессор; 2-конденсатор; 3-конвективный теплообменник; 4- емкость для подогрева воды; 5-циркуляционный насос; 6-электроподогореватель; 7-трубопровод напольного отопления; 8-испаритель; 9-смеситель; 10-11-температурный датчик; 12-проточный электронагреватель

Система позволяет осуществлять обогрев полов помещения за счет трансформации тепла внешнего источника тепловым насосом. В этом случае тепловая энергия внешнего источника, утилизированная в испарителе 8, после трансформации выделяется в теплообменнике 3. Нагретый теплоноситель при помощи циркуляционного насоса 5 циркулирует по замкнутому контуру. В случае понижения температуры теплоносителя 40°С срабатывает датчик температуры 11 и включается в работу электроподогреватель 6. Догретый теплоноситель, под действием давления создаваемого циркуляционным насосом 5, поступает в трубопроводы напольного отопления 7. Продолжительность работы циркуляционного насоса 5 регулируется системой автоматики, управляемой температурным датчиком 10, в зависимости от температуры воздуха в помещении.

Система позволяет использовать ее в качестве источника тепловой энергии для системы ГВС. При этом последовательно с теплообменником 3 включается теплообменник 4, помещенный в бак-аккумулятор. В теплообменнике 4 осуществляется доохлаждение паров фреона при теплообмене с теплоносителем бака-аккумулятора, который нагревается до температуры 40°С. По мере надобности горячая вода под давлением водопроводной сети поступает к потребителю через смеситель 9, падающей магистрали. Для догрева теплоносителя до заданной температуры на выходе бака-аккумулятора установлен проточный электронагреватель 12.

1.2.4. Комплексная система ГВС и О фермерского дома

Учитывая не постоянство выработки энергии ранее рассмотренными источниками энергии, их цикличность для фермерского дома целесообразно использовать их комплексное использование.

Комбинированная система теплоснабжения, объединяющая выше рассмотренная система, представлена на рис.5

Принципиальная схема комплексной системы ГВС и О фермерского дома

Рис.5 Принципиальная схема комплексной системы ГВС и О фермерского дома

1- гелиоколлектор; 2-бак-аккумулятор; 3-теплообменника; 4-расширительный бачок; 5-подпиточный бак; 6-водяной насос; 7-трубопровод напольного отопления; 8-компрессор; 9-конденсатор; 10- теплообменник; 11-емкость для нагрева воды; 12-электронагреватель; 13-испаритель; 14-термодатчик температуры воздуха; 15- электроводонагреватель; 16-газовый котел; 17-теплообменник; 18-бак-аккумулятор; 19-батарея отопления; 20-биогазовая установка; 21-ветроагрегат.

Работает система следующим образом. При наличии благоприятных актинометрических условий работает гелиоустановка, позволяющая утилизировать и накапливать в последствии в баке-аккумуляторе 2. Саккумулированная тепловая энергия в последствии используется на ГВС и О.

В ветреную погоду в работу включается ветроэнергетический агрегат, вырабатывающий электроэнергию для работы электроводонагревателя 15. Накопление тепловой энергии осуществляется в баке-аккумуляторе 18, при необходимости горячая вода используется на отопление и ГВС.

Биогазовая установка 20 работает циклически в течение круглого года. Выработанный биогаз сжигается в котле 16, нагревая воду, которая накапливается в баке-аккумуляторе 18.

При работе теплового насоса осуществляется выработка холода доля хранения скоропортящихся продуктов, а также нагрева воды в теплообменнике 10 и емкости для нагрева воды 11. Нагретая вода также используется для горячего водоснабжения и отопления. Использование данной системы фермерского дома позволит экспериментально отработать все возможные варианты сочетания работы различных источников энергии. Опробировать новое оборудование.

На рис. 6 приведена схема соединения гелиоколлекторов, котрая состоит из 24-х гелиоколлекторов ГП-03 соединенных между собой соединительными трубопроводами 2, отводящим 3 и подводящим 4 патрубками, трубчатого теплообменника 5 ,водоразборного бака 6 , трубопровода подпитки 7 и трубопровода разбора горячей воды 8.

1-гелиоколлектор ГП-03; 2- соединительный трубопровод; 3- отводящий патрубок; 4- подводящий патрубок; 5- трубчатый теплообменник; 6-водоразборный бак; 7- трубопровод подпитки;8- трубопровод разбора горячей воды.


Системы теплоснабжения с использованием НИЭ - 4.0 out of 5 based on 1 vote

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить