Akumulacja ciepła słonecznego. W rolnictwie. Technologie gorącego krzemu

Państwowy Uniwersytet Techniczny w Ałtaju

ich. I. I. Polzunova

Wydział korespondencyjny

w dyscyplinie Nietradycyjne źródła energii.

Temat: Magazynowanie ciepła

Sprawdzone przez: V.V. Czertiszczew

Barnauł 2007

Wstęp

Rozdział 1. Podstawy fizyczne do stworzenia akumulatora ciepła

Rozdział 2. Ciekłe akumulatory termiczne

Rozdział 3. Akumulatory termiczne ze stałym materiałem akumulującym ciepło.

Rozdział 4. Akumulatory ciepła oparte na przejściach fazowych.

Rozdział 5. Konstrukcja przejścia fazowego TA.

Wstęp

Obecnie na całym świecie powszechne jest oszczędzanie surowców. Naukowcy z wielu krajów próbują rozwiązać ten problem różne metody, w tym poprzez użycie alternatywne źródła energia. Należą do nich takie rodzaje jak wykorzystanie zasobów wodnych małych rzek, fale morskie, gejzery, a nawet odpady przemysłowe i domowe.

Pojawia się jednak problem oszczędzania otrzymanej energii. Na przykład, energia cieplna uzyskany w instalacji solarnej do podgrzewania wody, można magazynować w akumulatorze ciepła i wykorzystywać w nocy.

Akumulatory termiczne są znane ludzkości od czasów starożytnych. Obejmuje to gorący popiół, w którym nasi przodkowie zakopywali żywność do gotowania, oraz gorące kamienie, które podgrzewano w ogniu. Żelazko nagrzane na ogniu, a następnie wyprasowane nim jest akumulatorem ciepła. Akumulatorem ciepła są także podgrzewane kamienie, którymi zalewamy wodę (kwas, piwo) w łaźniach parowych. Wałki termiczne, które gotuje się w wodzie, a następnie używa do stylizacji włosów, to także akumulatory ciepła, i to dość zaawansowane, polegające na akumulacji przez topienie.

Zatem każde ciało nagrzało się powyżej temperatury środowisko, można uznać za akumulator ciepła. Ciało to jest w stanie wytworzyć pracę podczas chłodzenia i dlatego ma energię.

Rozdział 1. Fizyczne podstawy budowy akumulatora ciepła

Akumulator ciepła to urządzenie (lub zespół urządzeń), które zapewnia odwracalne procesy akumulacji, magazynowania i wytwarzania energii cieplnej zgodnie z wymaganiami odbiorcy.

Procesy akumulacji ciepła zachodzą poprzez zmianę parametry fizyczne materiał magazynujący ciepło oraz poprzez wykorzystanie energii wiązania atomów i cząsteczek substancji.

Opiera się na pierwszej zasadzie termodynamiki dla otwartego układu o stałej skład chemiczny charakterystyka akumulatorów ciepła zależy od zmian masy, objętości , ciśnienie, entalpia i energia wewnętrzna materiałów i ich różnych kombinacji.

W zależności od realizacji technicznej stosuje się akumulację bezpośrednią, gdy materiałem magazynującym jest jednocześnie czynnik chłodzący, akumulację pośrednią – przy pomocy różnych nośników ciepła i nośników ciepła, a także akumulację pośrednią. Różne rodzaje symbioza tych przypadków.

Zmiana entalpii materiału akumulującego ciepło (TAM) może nastąpić zarówno ze zmianą jego temperatury, jak i bez niej - w procesie przemian fazowych (na przykład ciało stałe - ciało stałe, ciało stałe - ciecz, ciecz - para).

Akumulatory termiczne realizują z reguły kilka elementarnych procesów.

Na obecnym etapie rozwoju nauki i technologii możliwe jest wdrożenie niemal każdej znanej zasady akumulacji ciepła. Możliwość zastosowania każdej zasady zależy od obecności pozytywnego efektu, przede wszystkim ekonomicznego, który można osiągnąć przy minimalnych kosztach akumulatora. Określa się ją, przy innych parametrach, masą i objętością materiału akumulującego ciepło, niezbędnego do zapewnienia określonych parametrów procesu.

W rzeczywistym procesie akumulacji ciepła gęstość zmagazynowanej energii okazuje się znacznie mniejsza od wartości teoretycznej ze względu na straty ciepła, wyrównanie pola temperaturowego oraz straty podczas ładowania i rozładowywania. Stosunek wartości rzeczywistych i teoretycznych gęstości zmagazynowanej energii określa sprawność akumulatora ciepła.

Jeden z najważniejsze wskaźniki, które określają możliwość i wykonalność akumulacji ciepła, to zdolność do uwolnienia energii w ilościach wymaganych przez odbiorcę. W przypadku bezpośredniej akumulacji ciepła prawie zawsze udaje się to osiągnąć. Wydajność takich akumulatorów w niewielkim stopniu zależy od generowanej mocy, która zależy od zużycia TAM i jest ograniczona jedynie wymaganiami konstrukcyjnymi i wytrzymałościowymi.

Rozdział 2. Ciekłe akumulatory termiczne

Do najprostszych i najbardziej niezawodnych urządzeń do magazynowania ciepła należą niewątpliwie podgrzewacze cieczy, co wiąże się z połączeniem funkcji materiału chłodzącego magazynującego ciepło. W rezultacie akumulatory tego typu są szczególnie szeroko stosowane do celów domowych, w obwodach różnych elektrowni (elektrownie jądrowe, elektrownie jądrowe, elektrownie słoneczne itp.). Obecnie stosuje się kilka podstawowych konstrukcji pomp do paliw płynnych. Dwukadłubowy TA charakteryzuje się oddzielnym magazynowaniem gorącego i zimnego TA. Podczas ładowania jedna obudowa napełniana jest gorącym TAM-em, a druga opróżniana. Podczas pracy gorący TAM jest dostarczany konsumentowi, a po pracy wchodzi do korpusu zimnego TAM. Główną zaletą tej konstrukcji nagrzewnicy jest izotermiczny charakter każdej z obudów, a w konsekwencji brak naprężeń i strat cieplnych oraz energii do ogrzewania i chłodzenia. Oczywiste jest również, że kubatura budynków jest wykorzystywana irracjonalnie i jest prawie dwukrotnie większa od objętości TAM. Takie zasadnicze rozwiązanie jest wskazane, gdy duża różnica Gorący i

Ryż. 2. Główne typy ciekłych akumulatorów ciepła (linie pokazano w trybie rozładowania): A- podwójny obwód; b - wielokadłubowy; c - represyjny; Z- ze zmienną temperaturą TAM; 1 - gorący TAM; 2 - zimny TAM; 3– konsument; 4 - pojedynczy korpus; 5 - poziom cieczy; 6 - chłodziwo pośrednie.

W celu bardziej racjonalnego wykorzystania pojemności akumulatora zaproponowano wersję wieloobudową, w której zastosowano kilka obudów z gorącym TAM-em i jedną pustą (zimną). W miarę postępu rozładowania najpierw napełnia się tę obudowę, a następnie uwalnia się gorące podczas ich opróżniania. Prowadzi to do pojawienia się naprężeń termicznych i strat ciepła we wszystkich przypadkach z wyjątkiem jednego.

Najbardziej racjonalnie wykorzystuje się objętość akumulatora ciepła w przypadku zastosowania na początku procesu pojedynczej obudowy wypełnionej gorącym TAM-em.

Podczas pracy gorący TAM jest pobierany z góry TA, a zużyty zimny TAM jest doprowadzany Dolna część TA. Ten typ akumulatora płynnego nazywany jest akumulatorem wyporowym. Ze względu na różnicę gęstości cieczy gorącej i zimnej można zapewnić niewielkie wymieszanie cieczy (efekt „termokliny”), efektywność stosowania wyporowych pomp paliwowych jest zmniejszona ze względu na straty ciepła w wyniku mieszania i przewodności cieplnej pomiędzy objętości pomp paliwa gorącego i zimnego, ogrzewanie obudów itp.

Akumulatory ciepła tego typu stosowane są do cieczy o dużym współczynniku rozszerzalności liniowej.

Jeżeli TAM ma specjalne właściwości lub nie jest wskazane stosowanie TAM jako chłodziwa przez konsumenta, stosuje się akumulatory ciepła o zmiennych temperaturach (rys. 2, G ).

W takim przypadku pośredni wymiennik ciepła może być umieszczony zarówno w obudowie TA, jak i na zewnątrz. Podczas procesu ładowania element grzejny jest podgrzewany za pomocą pośredniego chłodziwa lub energii elektrycznej, a podczas procesu chłodzenia ciepło jest usuwane w pośrednim wymienniku ciepła. Typowym przykładem takiego TA jest „staw solarny”, w którym dobór TAM jest niepożądany ze względu na zniszczenie odwrotnego gradientu zasolenia wody.

Konstrukcja ciekłego akumulatora ciepła zależy w dużej mierze od właściwości materiału akumulującego ciepło. Obecnie najczęściej stosowane są woda i wodne roztwory soli, wysokotemperaturowe chłodziwa organiczne i krzemoorganiczne, stopione sole i metale.

W zakresie temperatur pracy 0...100 o C najlepszym płynem TAM jest woda, zarówno pod względem kompleksu właściwości termofizycznych, jak i wskaźników ekonomicznych. Dalszy wzrost temperatura robocza wody wiąże się ze znacznym wzrostem ciśnienia, co komplikuje konstrukcję obudowy i zwiększa jej koszt. Aby zapewnić niskie ciśnienia robocze, TAM stosuje różne chłodziwa wysokotemperaturowe. W takim przypadku pojawiają się problemy w doborze materiałów konstrukcyjnych akumulatora ciepła i układu jako całości, zastosowaniu specjalnych urządzeń zapobiegających twardnieniu akumulatora ciepła we wszystkich trybach pracy, uszczelnieniu akumulatora ciepła i wielu innych.

Ponadto zastosowanie najpopularniejszego typu wyporowej pompy ciepła wiąże się z zestawem rozwiązań konstrukcyjnych i eksploatacyjnych zapewniających minimalne straty energii.

Ma pewną wartość i zależy od i .

Z różną dokładnością, znając wszystkie wymienione parametry, możemy obliczyć oczekiwaną wydajność dowolnego typu kolektora słonecznego w dowolnym okresie czasu (kWh na jednostkę czasu). W której, im dłuższy szacowany okres, tym dokładniejsze obliczenia wydajności.

Mając zatem wartość całkowitej rocznej, można stosunkowo dokładnie obliczyć przewidywaną produktywność roczną zbiornika. Jednak obliczenie takiej prognozy dla poszczególnych dni w roku lub godzin jest prawie niemożliwe. To odróżnia systemy fotowoltaiczne od innych źródeł ciepła (kotłów, pomp ciepła itp.).

Produkcja ciepła nie pokrywa się z harmonogramem zużycia

Jedną z cech instalacji fotowoltaicznej dla sektora domowego jest to, że kolektory słoneczne wytwarzają ciepło w całym pomieszczeniu Godziny dzienne w przeciwieństwie do kotła, który w krótkim czasie może dostarczyć odbiorcy energię cieplną. Z tego powodu czas wytwarzania i zużycia energii cieplnej nie pokrywa się. Można to zobaczyć na wykresie.

Harmonogram produkcji i zużycia energii cieplnej przy zastosowaniu kolektorów słonecznych

Te cechy to pokazują Dla optymalnej pracy układu fotowoltaicznego konieczne jest akumulowanie energii cieplnej. Do tych celów z reguły używają. Ich objętość musi być wystarczająca do przechowywania otrzymanego materiału energia słoneczna na dzień. W w tym przypadku mówimy o codziennej akumulacji energii cieplnej.

Do akumulacji energii cieplnej najczęściej wykorzystywana jest woda

Woda jest powszechnie dostępnym i wydajnym czynnikiem chłodzącym o wysokich wartościach przewodności cieplnej c = 4,187 (kJ/kg K) lub c = 1,1163 (Wh/kg K), ta druga wartość jest częściej wykorzystywana w obliczeniach urządzeń grzewczych. Obliczenia pojemności magazynowania ciepła są takie same zarówno dla systemów zaopatrzenia w ciepłą wodę, jak i systemów grzewczych.

Oprócz dobowej akumulacji energii cieplnej, możliwa jest realizacja akumulacji ciepła w dłuższym okresie czasu. Takie systemy nazywane są sezonowymi magazynami energii cieplnej. Aby zrealizować tego typu projekty, zbiorniki akumulacyjne muszą mieć odpowiednią pojemność, aby w okresie lotu akumulować ciepło, które będzie zużywane w okresie grzewczym.

Objętość zbiornika akumulatora nie zawsze jest krytyczna. Parametrem decydującym jest pojemność cieplna. W przypadku wody pojemność cieplna jest ograniczona właściwościami termofizycznymi. Pod ciśnieniem atmosferycznym możemy podgrzać wodę do temperatury 95°C, zatem pod warunkiem, że końcowa wartość temperatury wody po zastosowaniu ciepła będzie wynosić 45°C, możemy uzyskać nie więcej niż 60 W/kg (w=1,1163·(95 -45) )=58,15 W/kg).

Alternatywne metody magazynowania ciepła

Czasami w celu zwiększenia pojemności cieplnej akumulatora stosuje się inne rodzaje nagromadzonych mediów (beton, kamyki, metal itp.). Przy równej objętości substancje te mają niższą przewodność cieplną, ale można je podgrzać do wyższych temperatur, co z kolei zwiększa pojemność cieplną akumulatora. Po podgrzaniu do bardzo wysokich temperatur można osiągnąć wartości pojemności cieplnej do 400 W/kg.

Jednakże w przypadku stosowania z systemami solarnymi temperatura ogrzewania akumulatora ciepła jest ograniczona przez maksymalną temperaturę ogrzewania kolektorów słonecznych. Również magazynowanie czynnika akumulacyjnego za pomocą wysoka temperatura wzrasta straty ciepła Dlatego akumulator z reguły ładowany jest do stosunkowo niskich temperatur (do 95°C) i użytkowany w systemie grzewczym o niskim potencjale (ciepłe podłogi, klimakonwektory).

Można również skutecznie akumulować ciepło topnienia niektórych materiałów. Do takich akumulatorów ciepła stosuje się parafinę, sodę kaustyczną itp. Podczas przejścia fazowego podczas topienia wartość pojemności cieplnej oblicza się w następujący sposób:

W = m, gdzie

• W- zgromadzoną energię J;
• m jest masą gromadzącej się substancji w kg;
• ct - ciepło właściwe w stanie stałym J / (kg · K);
• cs - ciepło właściwe w stan ciekły J/(kg·K);
• C - ciepło topnienia J/kg;
• ϑ1 - temperatura początkowa°C;
• ϑs – temperatura topnienia °C;
• ϑ2 - temperatura ogrzewania °C;

Nierówne zużycie gorąca woda wymaga synchronicznej zmiany dostaw ciepła ze stacji lub odpowiedniego jego przygotowania w miejscu zużycia. Ze względu na niemożność pełnego dopasowania produkcji ciepła do zaopatrzenia w ciepłą wodę i jej zużycia, dochodzi do ciągłego naruszania reżimów grzewczych i wentylacyjnych, co wymaga tworzenia nadmiernych rezerw urządzeń do przygotowania ciepła na stacji.

Ryż. 3.10. Wykresy zużycia ciepła dla zaopatrzenia w ciepłą wodę:
A- Dzienna dieta; B– całka; 1 – zmiana zużycia ciepła w zależności od pory dnia; 2 – średnie godzinowe zużycie ciepła w ciągu doby; 3 – rzeczywiste zużycie ciepła; 4 – uwolnione ciepło

Zainstalowanie akumulatorów ciepłej wody umożliwia wyrównanie obciążenia stacyjnych podgrzewaczy wody, a tym samym zmniejszenie szczytowej rezerwy mocy na stacji cieplnej, co skutkuje mniejszą rozbieżnością zużycia ciepła na ogrzewanie i wentylację. Akumulatory na wejściach użytkownika pozwalają wyeliminować wahania temperatury ciepłej wody przy minimalnym i maksymalnym poborze wody oraz zmniejszyć obliczoną moc grzewczą miejscowych podgrzewaczy.

Pojemność akumulatora wyznacza się za pomocą wykresu całkowego, który konstruuje się na podstawie zadanego dobowego zużycia ciepła (rys. 3.10). Aby skonstruować wykres całkowy, należy z wykresu dobowego wyznaczyć iloczyn godzinowego zużycia ciepła Q według odpowiedniego czasu trwania n ja wykorzystanie ciepła. Powstały produkt przedstawia zużycie ciepła w czasie n ja, na wykresie całkowym jest wykreślany na rzędnej na końcu tego samego okresu czasu. Kolejne wartości zużycia ciepła Q i n ja na kolejne okresy czasu n ja na wykresie całkowym są sumowane z poprzednimi. Wynikiem jest linia przerywana 3 rzeczywistego zużycia ciepła, każda rzędna tego wykresu wyraża całkowite zużycie ciepła od początku zużycia do danego momentu. Rzędna wykresu rzeczywistego zużycia ciepła na koniec dnia pokazuje dzienne zużycie ciepła.

Ponieważ ciepło dostarczane jest równomiernie i w sposób ciągły z sieci ciepłowniczych, wykres ciepła dostarczonego do odbiorcy wyraża się linią prostą 4. Tangens nachylenia wykresu dostarczonego ciepła jest liczbowo równy średniemu godzinowemu zużyciu ciepła na dzień

. (3.1)

Mniejsze nachylenie odcinków linii 3 w porównaniu do linii 4 oznacza, że ​​dopływ ciepła z sieci przekracza rzeczywiste zużycie i odwrotnie, przy większym nachyleniu odcinków linii 3 rzeczywiste zużycie ciepła przewyższa jego podaż z ciepłowni sieci, co jest niedopuszczalne w przypadku braku baterii. Różnica rzędnych linii 3 i 4 pokazuje ilość niewykorzystanego ciepła z sieci ciepłowniczych, która mogła zgromadzić się w akumulatorze. Jeżeli gromadzi się niewykorzystane ciepło, to różnica rzędnych wykresów odbioru i zużycia ciepła w każdym momencie wskazuje na obecność rezerwy ciepła w akumulatorze. Rzędna Q maks ilościowo wyraża największą rezerwę ciepła.

Przy określaniu wymaganej rezerwy ciepła w akumulatorze średnie godzinowe zużycie ciepła, kW, obliczone za pomocą wzoru (3.1), nie może być mniejsze niż

, (3.2)

Gdzie G i– zużycie ciepłej wody na dzień największego zużycia wody, m 3 /dobę; R– gęstość wody, kg/m3; Z– pojemność cieplna wody, kJ/(kg×°C); t g– średnia temperatura ciepłej wody w rurociągach dostarczających ciepłą wodę; T– czas dobowego zużycia ciepłej wody, godz.; Q itp.– straty ciepła w rurociągach zasilających i cyrkulacyjnych, kW.

Zużycie ciepłej wody w dniu największego zużycia wody oblicza się ze wzoru

, (3.3)

Gdzie g i– wskaźnik zużycia ciepłej wody na dzień największego zużycia wody, l/dobę; M– liczba odbiorców (mieszkańców) w budynku lub grupie budynków.

Dla budynków mieszkalnych, akademików, hoteli, sanatoriów, szpitali, szkół i placówek opiekuńczych za dobowy czas poboru ciepłej wody przyjmuje się 24 godziny, w pozostałych budynkach użyteczności publicznej czas ten przyjmuje się za liczbę godzin pracy w ciągu jednego dnia. dziennie, nie krócej jednak niż 10 godzin, a jeżeli są dostępne akumulatory – według liczby godzin ładowania akumulatorów. Do budynków pomocniczych przedsiębiorstw przemysłowych Czas zużycia ciepłej wody powinien być równy czasowi ładowania akumulatora na zmianę.

W przypadku braku dziennych wykresów zużycia ciepła do zaopatrzenia w ciepłą wodę, wykres całkowy można skonstruować przy użyciu bezwymiarowych wykresów dziennych podanych dla różnych kategorii odbiorców w literaturze przedmiotu. Na wykresach bezwymiarowych rzędna 100% zużycia ciepła odpowiada średniemu godzinowemu zużyciu ciepła, określonemu wzorem (3.2).

Zastosowanie akumulatorów może skrócić czas poboru ciepła z sieci ciepłowniczych. Moment i czas trwania wyłączenia sieci ciepłowniczych dobiera się w zależności od charakteru przerw w liniach wykresu całkowego. Na przykład dla wykresów całkowych na ryc. 3.11 wskazane jest wybranie czasu wyłączenia sieci na jakiś czas N 1 i N 2. W okresie ustania dostaw ciepła z sieci ciepłowniczych, gorąca woda produkowana jest wyłącznie z akumulatora. Czas wyłączenia sieci dobiera się tak, aby rezerwa ciepła na początku i na końcu dnia była taka sama.

Ryż. 3.11. Opcje magazynowania ciepła:
1 – rzeczywiste zużycie ciepła; 2 – dostawa ciepła z sieci ciepłowniczych;
N 1 i N 2 – czas postoju sieci ciepłowniczych; N– czas ładowania akumulatora

W okresie użytkowania gorąca woda Rezerwa ciepła w akumulatorze zmienia się od wartości maksymalnej Q m toks do minimum Q min wartości. Jeżeli ciepło jest akumulowane przy zmiennej objętości wody o stałej temperaturze, wówczas wymaganą pojemność akumulatora, m 3, oblicza się z wyrażenia

, (3.4)

Gdzie Q m toks– rezerwa ciepła, kWh.

Jeżeli ciepło gromadzi się przy stałej objętości wody w wyniku zmian jej temperatury, wówczas pojemność akumulatora określa wzór

, (3.5)

Gdzie t maks I t min– maksymalna i minimalna temperatura ciepłej wody, °C.

W akumulatorze o stałej objętości ciepło gromadzi się poprzez zwiększenie ogrzewania wody. W konsekwencji większa i mniejsza rezerwa ciepła w akumulatorze na wykresie całkowym (ryc. 3.11) odpowiada maksymalnej i minimalnej temperaturze wody. Najwyższa temperatura wody w akumulatorze nie powinna przekraczać 75°C, a najniższa temperatura nie powinna być niższa niż 40°C.

Jeżeli w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej znajdują się zautomatyzowane systemy zaopatrzenia w ciepłą wodę oraz sieci prysznicowe (nie więcej niż dziesięć) w budynkach przemysłowych, stosowanie baterii nie jest konieczne.

Źródło zdjęć - strona internetowa http://www.devi-ekb.ru

Wykorzystując magazynowanie energii cieplnej, możliwe jest opłacalne przesunięcie zużycia gigawatów energii. Ale dziś rynek takich dysków jest katastrofalnie mały w porównaniu z jego potencjałem. Główny powód leży w tym, że etap początkowy Od momentu powstania systemów magazynowania ciepła producenci poświęcali niewiele uwagi badaniom w tej dziedzinie. Następnie producenci w pogoni za nowymi zachętami doprowadzili do pogorszenia się technologii, a ludzie zaczęli źle rozumieć jej cele i metody.

Najbardziej oczywiste i obiektywny powód Zastosowanie systemu magazynowania ciepła pozwala skutecznie zmniejszyć ilość pieniędzy wydawanych na zużycie energii, a koszt energii w godzinach szczytu jest znacznie wyższy niż w pozostałych porach.

Mity na temat systemów magazynowania energii

Mit 1. Rzadkie korzystanie z takich systemów

Obecnie systemy magazynowania energii cieplnej są szeroko reprezentowane na rynku i wiele osób aktywnie z nich korzysta. Doskonałe przykłady demonstrującymi wartość zmagazynowanej energii są domowe podgrzewacze wody, w których taki system nazywany jest „pozaszczytowym systemem chłodzenia”. Aby natychmiast podgrzać wodę, potrzeba około 18 kW, ale najpotężniejsze grzejniki mają elementy grzejne o mocy 4,5 kW. Dlatego do okablowania kablowego wymagana jest 4 razy mniejsza infrastruktura, a co za tym idzie, zmniejszone zużycie energii.

Nikt nie instaluje grzejników zaprojektowanych tak, aby natychmiast zużywały maksymalne obliczone obciążenie; ta sama praktyka obowiązuje w przypadku systemu klimatyzacji. Ponadto instalacja systemu z agregatem chłodniczym jest zwykle zmniejszona o 40-50% (redukcja infrastruktury).

Mit 2. Systemy magazynowania ciepła zajmują dużo miejsca

Wracasz do zwykłego podgrzewacza wody? Czy zajmuje dużo miejsca w Twoim domu?

Ponadto z reguły stosuje się system z częściową akumulacją ciepła, który zapewnia około jednej trzeciej wymaganej mocy, dlatego taka instalacja zajmuje niewiele miejsca.

Mit 3. Takie systemy są zbyt złożone

Konwencjonalny podgrzewacz wody ma prostą konstrukcję. Zawiera grzałkę o mocy mniejszej niż moc zapewniająca maksymalne obciążenia i włącza się, gdy temperatura wejściowa spadnie poniżej 95% ustawionej.

Wydajność tego systemu jest prosty przykład akumulator ciepła, który nie ma ruchomych części. Systemy częściowego obciążenia nie mogą zawieść, ponieważ nie mają możliwości losowego generowania dużego zużycia energii. Duże systemy chłodzenia poza szczytem mają bardziej złożone struktury sterowania, dlatego może pojawić się z nimi wiele problemów, a projektant będzie musiał ciężko pracować, aby zaprojektować wydajny system zapewniający znaczną oszczędność zasobów.

Mit 4. Brak redundancji (rezerwy) przy częściowej akumulacji energii

Prawie każdy system chłodzenia poza szczytem może zapewnić taką samą redundancję jak konwencjonalny system za tę samą cenę.

Mit 5. Duże koszty inwestycyjne

Dostawać aktualne ceny dotyczące sprzętu jest problematyczne, ponieważ producenci niechętnie je publikują. Choć wiele badań wskazuje niskie ceny koszty systemu. Obliczmy Przybliżony koszt systemu, przyjmując przybliżoną wartość 256 dolarów za kilowat chłodzenia jako koszt jednostkowy, otrzymujemy przybliżony koszt instalacji całego systemu:

System bez magazynowania energii:

3 agregaty chłodnicze o mocy 1400 kW x 256 USD/kW ≈ 1 080 000 USD.

System wykorzystujący częściowe magazynowanie ciepła:

2 agregaty chłodnicze o mocy 1400 kW x 256 USD/kW ≈ 720 000 USD.

System przechowywania lodu o pojemności 12 300 kWh x 28 USD/kWh ≈ 350 000 USD.

Całkowity koszt systemu: ≈ 1 070 000 dolarów.

Niektóre cechy sprzętu i jego lokalizacja w systemie mogą prowadzić do dodatkowych kosztów kapitałowych, jednak takie systemy mogą z łatwością konkurować pod względem kosztów.

Mit 6. Nie ma gwarancji oszczędności energii

Analizując oszczędności należy wziąć pod uwagę zarówno energię zużywaną w budynku, jak i energię zużywaną u źródła jego produkcji w elektrowni. Sprzęt energooszczędny projektuje się głównie w celu zmniejszenia zużycia energii bez skracania czasu jego użytkowania. Systemy chłodzenia poza szczytem oszczędzają energię, przesuwając ją „za licznik”. Prawdopodobieństwo zaoszczędzenia wynosi 50/50.

Mit 7. Taryfy za energię elektryczną mogą się zmieniać, co może prowadzić nie tylko do braku oszczędności, ale także do wzrostu kosztów.

Oczywiście zmiany taryf są nieuniknione, ale warunki i zużycie energii pozostają niezmienione.

Można mieć nadzieję, że pewnego dnia obciążenia w godzinach dziennych i nocnych będą równe, jednak jest to zatem mało prawdopodobne znacząca różnica w taryfach będzie obowiązywać przez wiele lat.

Dość znanym dziś systemem akumulacji ciepła jest system „ciepłej podłogi”, w którym kabel jest wypełniony jastrychem o grubości 5 cm, ale niewielu wie, że zwiększenie jastrychu do 10-15 cm pomoże nie tylko obniżyć koszty, ale także rozpocząć proces akumulacji ciepła.

Wcześniej do akumulacji ciepła używano „opalarki”, która nie nagrzewała przestrzeni w pobliżu bezpośredniego przebywania ludzi, a także spalała tlen. Kablowe systemy grzewcze nie tylko pozwalają skutecznie akumulować ciepło, ale także tworzą komfortowy mikroklimat w pomieszczeniu.

Jednym z powodów znacznych oszczędności było wprowadzenie nowych trójtaryfowych liczników energii elektrycznej, jednak niewielu ma możliwość korzystania z systemu grzewczego w porze nocnej. Zastosowanie systemu kablowego połączonego z 5 cm opaską pozwala na szybkie nagrzewanie się kabla, ale jednocześnie szybkie jego stygnięcie. Oznacza to, że proces jest cykliczny. Zwiększenie jastrychu do 10-15 cm pozwala na dłuższe zatrzymanie ciepła, co oznacza, że ​​czas trwania cyklu wzrasta do kilku godzin.

Wzrostowi poziomu centralizacji zaopatrzenia w ciepło (charakterystycznemu dla dużych miast) towarzyszą dwa niebezpieczne zagrożenia – ryzyko poważnego awaryjnego zakłócenia procesu dostaw ciepła oraz ryzyko przedłużenia (przekroczenia dopuszczalnego) czasu wykrywanie i eliminowanie wypadków i usterek.

Doświadczenie w eksploatacji moskiewskich systemów zaopatrzenia w ciepło pokazało, że rocznie na 100 km dwururowych sieci ciepłowniczych przypada od 20 do 40 rur z uszkodzeniami przelotowymi, z czego 90% występuje na rurociągach zasilających. Średni czas naprawy uszkodzonego odcinka sieci ciepłowniczej (w zależności od jego średnicy i konstrukcji) wynosi od 5 do 50 godzin lub więcej, a całkowita naprawa uszkodzeń może zająć kilka dni (tab. 1).

Tabela 1. Średni czas regeneracji z p, h uszkodzonego odcinka sieci ciepłowniczej

Czas z p, h potrzebny do naprawy uszkodzonego odcinka głównej sieci ciepłowniczej o średnicy rury d, m i odległości zaworów sekcyjnych l, km można również obliczyć korzystając ze wzoru empirycznego:

Oczywiście poczekaj kilka dni lub nawet godzin warunki zimowe i niepodjęcie działań ratujących sytuację jest całkowicie niedopuszczalne. W związku z tym rozwinęła się praktyka obsługi systemów ciepłowniczych i zasobów mieszkaniowych ważna zasada wstępna ocena sytuacje awaryjne z uwzględnieniem możliwości akumulacji ciepła różnych budynków przy różnych aktualnych temperaturach zewnętrznych sezonu grzewczego. Oto zasada:

Przygotowując się do sezonu grzewczego, zaleca się, aby organizacje dostarczające ciepło, przy udziale właścicieli budynków mieszkalnych lub ich upoważnionych organizacji świadczących usługi komunalne, przeprowadziły obliczenia dopuszczalnego czasu na wyeliminowanie wypadków i przywrócenie dostaw ciepła zgodnie z metodologią podane w Wytycznych zwiększania niezawodności miejskich systemów zaopatrzenia w ciepło opracowanych przez AKH im. K. D. Pamfiłowa i zatwierdzony przez OJSC Roskommunenergo w dniu 26 czerwca 1989 r. oraz w zaleceniach SNiP 41.02.2003.

Obliczenia należy przedłożyć organom mieszkalnictwa i usług komunalnych do wykorzystania przy przygotowaniu obiektów mieszkaniowych do zimy.

Metodologia ta opiera się na praktycznych doświadczeniach i badaniach funkcjonowania funduszy miejskich w warunkach zakłócenia (zaprzestania) dostaw ciepła do budynków mieszkalnych i przemysłowych z oceną szybkości spadku temperatury, °C/h, w ogrzewanych pomieszczeniach o temperaturze różne temperatury zewnętrzne.

Linia upadku temperatura wewnętrzna ogrzewanych pomieszczeń w czasie ma charakter wykładniczy (malejący) (rys. 1) i zależy przede wszystkim od cech konstrukcyjnych budynków (konstrukcja i materiał ścian oraz izolacji, współczynnik przeszklenia, lokalizacja pomieszczeń w budynku itp.), które określić zdolność akumulacyjną budynków, a także warunki klimatyczne lokalizacji obiektów.

Rysunek 1. Linie spadku temperatury powietrza wewnętrznego (------) i powierzchnia wewnętrznaściana zewnętrzna (- - - - -) budynku po wyłączeniu ogrzewania

Przybliżone krzywe zmian temperatury powietrza wewnętrznego po włączeniu ogrzewania przedstawiono na rys. 2.

Rycina 2. Krzywe zmian temperatury powietrza wewnętrznego i wewnętrznej powierzchni ściany zewnętrznej przy włączonym ogrzewaniu – ciepło

Empirycznie udało się obliczyć przybliżone współczynniki akumulacji budynków, szybkość spadku temperatury wewnętrznej i opracować metodologię obliczeń, której główne postanowienia rozważymy bardziej szczegółowo.

Zamrożenie rurociągów w piwnicach, schody oraz na poddaszach budynków może wystąpić, jeśli dopływ ciepła zostanie przerwany, gdy temperatura powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych spadnie do 8 ° C lub mniej. Przybliżoną szybkość spadku temperatury w ogrzewanych pomieszczeniach (°C/h) przy całkowitym wyłączeniu dopływu ciepła podano w tabeli. 2, z niego ustala się współczynniki akumulacji budynków.

Tabela 2. Tempo spadku temperatury wewnętrznej budynku przy różnych temperaturach zewnętrznych

Współczynnik akumulacji charakteryzuje wielkość akumulacji cieplnej budynków i zależy od grubości ścian, współczynnika przenikania ciepła i współczynnika oszklenia. Współczynniki akumulacji ciepła dla budynków mieszkalnych i przemysłowych o konstrukcji masowej podano w tabeli. 3.

Tabela 3. Współczynniki akumulacji dla budynków standardowych

Na podstawie przedstawionych danych można oszacować czas dostępny na usunięcie awarii lub podjęcie działań zapobiegających lawinowemu rozwojowi awarii, tj. zamarzanie chłodziwa w instalacjach grzewczych budynków, do których przerwano dopływ ciepła.

Jeżeli w wyniku wypadku uszkodzonych zostało kilka budynków, wówczas czas dostępny na usunięcie awarii lub podjęcie działań zapobiegających rozwojowi awarii wyznacza się dla budynku, który ma najniższy współczynnik akumulacji.

Rozważmy ten przypadek na konkretnym przykładzie.

PRZYKŁAD 1. Warunki początkowe: W wyniku awarii na sieci ciepłowniczej o średnicy 300 mm odłączono węzeł centralnego ogrzewania wraz z zespołem budynków mieszkalnych, wśród których znajduje się wielkopłytowy budynek mieszkalny zaprojektowany przez inż. Łagutenko. Temperatura powietrza na zewnątrz - 20°C.

Wymagane: Określ czas ważności wyeliminować awarię na sieci ciepłowniczej przy zadanej temperaturze zewnętrznej i ocenić obecną sytuację.

Rozwiązanie: 1. Według tabeli. 3 zgodnie z klauzulą ​​2, określamy współczynnik akumulacji budynku dla środkowego piętra: wynosi on 40 godzin.

2. Według tabeli. 2 dla budynku o współczynniku akumulacji 40 godzin, znajdujemy szybkość spadku temperatury (°C/h) przy temperaturze powietrza na zewnątrz -20°C: wynosi ona 1,1°C/h.

3. Wyznaczamy czas, po którym temperatura w mieszkaniach spadnie od 20 do 8°C, po którym może nastąpić zamarznięcie czynnika chłodniczego w rurach w piwnicach i na klatkach schodowych: (20 - 8): 1,1 = 10,9 godz. ≈ 11 godziny.

4. Według tabeli. 1 wynika, że ​​dla sieci ciepłowniczej o średnicy 300 mm czas usunięcia awarii wynosi od 5 do 10 godzin (nie licząc czasu na rozpoznanie miejsca awarii).

5. Aby ocenić sytuację, można wyciągnąć następujące wnioski:

5.1. Czas na usunięcie wypadku jest akceptowalny do 10 godzin, a jeśli praca służb ratowniczych będzie dobrze zorganizowana, opróżnianie instalacji grzewczej i innych systemów określonego budynku mieszkalnego nie będzie wymagane, ponieważ dopływ ciepła do dzielnicy będzie zostać przywrócony.

5.2. W przypadku braku pogotowia lub złej organizacji pracy w celu wykrycia i usunięcia awaryjnych uszkodzeń sieci ciepłowniczej, pracownicy mieszkalnictwa i służb komunalnych są zobowiązani w ciągu 10 godzin opróżnić instalacje grzewcze, zaopatrzenia w ciepłą i zimną wodę nie tylko określonych obiektów mieszkalnych budynku, ale także wszystkich innych odłączonych domów i budynków, a następnie odłączonych odcinków sieci ciepłowniczej, centralnego ogrzewania i węzłów cieplnych, aby uniknąć ich zamarznięcia i łańcuchowego, lawinowego rozwoju awarii, która może spowodować poważne konsekwencje. Podobno” Gazeta budowlana„(nr 49, 50 za rok 2003) 1 stycznia 2003 r. we wsi. Arkul, rejon Nolinski, obwód kirowski. W wyniku upadku drzewa na linię wysokiego napięcia wyłączenie awaryjne zasilanie wsi, w tym kotłowni. Tragicznym zbiegiem okoliczności, w chwili, gdy przestały działać pompy obiegowe w kotłowniach i obieg wody we wszystkich systemach grzewczych wsi, temperatura powietrza spadła z -1°C do -24°C. W związku z brakiem planu awaryjnego i instrukcji dla personelu, woda na niektórych odcinkach sieci ciepłowniczych i systemach cieplnych budynków nie została terminowo spuszczona, a o awarii nie zostali powiadomieni wszyscy abonenci kotłowni (przedszkole, apteka, schronisko, laboratorium medyczne itp.). Wszystko to doprowadziło do zamarznięcia sieci ciepłowniczych i systemów grzewczych 14 budynków mieszkalnych. W rezultacie uszkodzono i zniszczono majątek, którego odtworzenie kosztowało 690 tysięcy rubli, a dyrektor miejskiego mieszkalnictwa i usług komunalnych wsi A.G. Sorokin został pociągnięty do odpowiedzialności karnej za przestępstwo z art. 168 § 1 Kodeksu karnego – zniszczenie cudzego mienia w duży rozmiar dopuścił się zaniedbania i został skazany na karę grzywny. Sytuacja awaryjna zasilanie zostało wyłączone dopiero po 20 godzinach i 30 minutach.

W tym celu należy przygotować i uzgodnić plan reagowania w sytuacjach awaryjnych oraz instrukcje dla personelu dotyczące sposobu jego wdrożenia.