Разработка автономного электроснабжения для теплонасосной установки
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ическое перевооружение и внедрение нетрадиционных возобновляемых источников энергии.
Согласно данным экспертов Конференции ООН по торговле и развитию общий объем иностранных инвестиций в экономику России по итогам 2005г. достиг 26,1 млрд. дол., что меньше в 3 раза, чем в экономику Китая, в 4 раза, чем в экономику США и в 8 раз меньше, чем в экономику Великобритании.
В развитых странах 80% роста ВВП определяется инновациями и технологическим процессом. Доля России на мировом рынке высокотехнологичной продукции очень мала и составляет всего 0,5%.
В России надо взять под особый контроль реализацию научных разработок в энергетике, которые у нас не всегда получают должную финансовую поддержку.
Наглядным примером является судьба разработок по теплонасосным установкам, начатых еще 30-40 лет назад, но так и не получившим широкого применения в России. Однако эти ТНУ на Западе получили широкое распространение во многих странах.
Главными проблемами развития нетрадиционной энергетики является изучение и применение различных способов производства электроэнергии и тепла, лучше всего одновременно.
К возобновляемым источникам относятся: энергия солнца, ветра, биомассы, геотермального тепла, низкотемпературной тепловой энергии окружающей среды (в том числе, прежде всего грунтовых вод), водных потоков и т.д.
Перспективным направлением в энергетике в 21 веке является направление солнце - газ.
Ресурсы на долгосрочную перспективу, как солнца, так и газа, неограничены. Ресурс солнечной энергии оценивается в миллиарды лет. Ресурс газа оценивается большими запасами природного газа (на сотни лет), а так же запасами газа, получаемого из биомассы, и зависящего только от существования солнца.
Поэтому в данной работе при построении ТНУ за основу взято направление солнце - газ.
Выводы по главе 1
Рассмотрены недостатки централизованного теплоснабжения.
Обоснована перспективность применения ТНУ с автономным электроснабжением.
2. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТНУ
2.1 Прямой и обратный циклы Карно
Теплонасосная установка состоит собственно из теплового насоса (ТН) и системы, обеспечивающей подвод и отвод из источника низкопотенциальной теплоты (ИНТ), подачу нагретой в ТН среды потребителю и ее возврат к ТН (рис 2.1). В ТНУ могут входить несколько ТН.
В испарителе ТНУ низкокипящее рабочее вещество (фреон) кипит при низком давлении, отнимая теплоту у ИНТ. После компрессора давление фреона повышается до уровня, позволяющего отдать теплоту конденсации нагреваемой жидкости в отопительном контуре. В дросселе давление сконденсированного фреона снижается до давления кипения. Таким образом, реализуется непрерывный процесс переноса теплоты с более низкого температурного уровня на более высокий с подводом энергии из вне, затрачиваемой на повышение давления парообразного рабочего вещества, т.е. обратный термодинамический цикл - обратный цикл Карно.
Рис. 2.1 Тепловой насос (обратный цикл Карно)
В компрессионном холодильнике (рис. 2.2) замкнутая система из соединенных последовательно трубопроводами компрессора, испарителя и конденсатора заполняется хладагентом - фреоном, обладающим низкой температурой кипения ? - 30С при атмосферном давлении.
Компрессор отсасывает пары фреона из испарителя и из-за понижения давления процесс испарения ускоряется. Теплота, идущая на испарение, отбирается от среды, окружающей испаритель. Компрессором пары фреона сжимаются, при этом их температура повышается. В конденсаторе - теплообменнике (находящемся на задней стенке холодильника) они охлаждаются до комнатной температуры, отдавая часть тепла окружающей среде, и конденсируются при постоянном давлении Р1. После прохождения фреона через капиллярную трубку в испаритель его давление снижается от значения Р1 в конденсаторе до Р2 в испарителе. Здесь жидкий фреон при понижении давления опять испаряется, его температура (и вместе с ним температура испарителя) понижается. Такая циркуляция фреона, связанная с теплообменом, происходит непрерывно, пока работает компрессор. Здесь имеет место прямой термодинамический цикл - прямой цикл Карно.
Рис. 2.2 Принципиальная схема компрессионного холодильника. (прямой цикл Карно)
2.2 Параметры в контурах ТНУ и диапазоны их изменения
t1, t2, t3- температура воды на глубине погружения глубинного насоса, на ее поверхности и на входе в питательный контур, в скважине С1, диапазон +(3-5)С;
t4 - температура воды на входе в скважине С1, С2, диапазон +(1-2)С;
t5 - температура фреона до компрессора, основной контур, диапазон +(3-5)С;
t6 - температура фреона после компрессора, основной контур, диапазон +(100-115)С;
t7 - температура в отопительном контуре подаваемая потребителю тепла, диапазон +(55-100)С;
tсу - температура после дросселя, основной контур, диапазон - 30С;
P1 - давление на входе в питательный контур из скважины С1, диапазон 2 кгс/см2;
P2 - давление до компрессора, основной контур, диапазон 2 кгс/см2;
Pдк - давление после компрессора, основной контур, диапазон 20-25 кгс/см2;
Pдок - давление в отопительном контуре потребителя тепла, диапазон 3-5 кгс/см2;
Pсу - давление после дросселя, основной контур, диапазон 2 кгс/см2;
Nk - мощность компрессора, диапазон 2-5 кВт;
Nгн - мощность глубинного насоса, диапазон 0,3-0,5 кВт;
Nнок - мощность насоса отопительного контура, диапазон 0,03-0,1 кВт;
Выв