Преимущества и недостатки
К преимуществам тепловых насосов в первую очередь следует отнести экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВт·ч тепловой энергии установке необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт·ч электроэнергии. Так как преобразование тепловой энергии в электрическую на крупных электростанциях происходит с кпд до 50 %, эффективность использования топлива при применении тепловых насосов повышается — тригенерация. Упрощаются требования к системам вентиляции помещений и повышается уровень пожарной безопасности. Все системы функционируют с использованием замкнутых контуров и практически не требуют эксплуатационных затрат, кроме стоимости электроэнергии, необходимой для работы оборудования.
Ещё одним преимуществом тепловых насосов является возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом: просто вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фэн-койлы или системы «холодный потолок».
Тепловой насос надёжен, его работой управляет автоматика. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют особых навыков и описаны в инструкции.
Важной особенностью системы является её сугубо индивидуальный характер для каждого потребителя, который заключается в оптимальном выборе стабильного источника низкопотенциальной энергии, расчете коэффициента преобразования, окупаемости и прочего.
Теплонасос компактен (его модуль по размерам не превышает обычный холодильник) и практически бесшумен.
Хотя идея, высказанная лордом Кельвином в 1852 году, была реализована уже спустя четыре года, практическое применение теплонасосы получили только в 1930-х годах. К 2012 году в Японии, эксплуатируется более 3,5 миллионов установок, в Швеции около 500 000 домов обогревается тепловыми насосами различных типов.
К недостаткам геотермальных тепловых насосов, используемых для отопления, следует отнести большую стоимость установленного оборудования, необходимость сложного и дорогого монтажа внешних подземных или подводных теплообменных контуров. Недостатком воздушных тепловых насосов является более низкий коэффициент преобразования тепла, связанный с низкой температурой кипения хладагента во внешнем «воздушном» испарителе. Общим недостатком тепловых насосов является сравнительно низкая температура нагреваемой воды, в большинстве не более +50 °С ÷ +60 °С, причём, чем выше температура нагреваемой воды, тем меньше эффективность и надёжность теплового насоса.
Тепловые энергоустановки что это такое
На сегодняшний день энергетические станции используются для различных целей.
К примеру, специальные энергоустановки, которые работают при помощи тепловой энергии – не самые применяемые в этой сфере, однако они обладают большим количеством преимуществ эксплуатации.
Подобное оборудование генерирует, передаёт и преобразовывает электроэнергию, донося её к потребителю.
Несмотря на такой функционал, оборудование требует тщательной диагностики и обслуживания. Это предусматривает стандартные методы технической безопасности, организации управления и серьёзные ремонтные работы.
Общее представление об оборудовании
Конструкция энергоустановки представлена совокупностью систем и узловых агрегатов, работающих на добычу электроэнергии посредством переработки тепловой энергии в механическую.
Основной механизм на подобных станциях – валовой электрический генератор. Помимо подвижного вала в конструкцию включается камера сгорания, из которой в итоге выделяется тепло.
Немаловажным замечанием будет то, что данный способ подразумевает выброс газообразных веществ и пара.
Зачастую это касается станций, которые питаются посредством гидрологических комплексов. В таких коммуникациях повышается паровое давление, после чего пар двигает ротор турбины энергоустановки.
Таким образом, вся энергия поступает на вал двигателя и генерирует электрический ток.
Стоит заметить, что при этом теряется не вся тепловая энергия, а может использоваться, к примеру, для отопления.
Принципы работы тепловых энергоустановок
Одним из главных рабочих моментов выступает напряжение, благодаря которому питается станция. Зачастую комплексы оснащаются энергетическим потенциалом до тысячи вольт. В основном подобные станции локально применяются для снабжения промышленных сооружений.
Ко второму типу принадлежат комплексы, потенциал которых свыше тысячи вольт и используются для обеспечения энергией отдельно взятых районов, а иногда и городов. Их задачей является преобразовывать и распределять энергию.
Не маловажным фактором служит мощность, которая колеблется от трёх до шести ГВт. Эти цифры зависят от вида применяемого топлива для сжигания в камере сгорания. Сегодня разрешено применять дизельное топливо, мазут, твёрдое топливо и газ.
Постройка тепловых сетей
В какой-то мере энергоустановки звенья в огромной цепи теплосети.
Однако стоит заметить, что в отличие от аналогичных сетей с использованием высоковольтных линий, здесь применяются тепловые магистрали.
Служат они для обеспечения горячего водоснабжения станциям.
Подобные магистрали подразумевают использование подходящих по типу и размеру запорных арматур, оснащенных задвижками и методами контроля теплового носителя.
Помимо этого на практике применяется использование паропроводов, входящих в инфраструктуру тепловых магистралей. Однако, в подобных случаях для обеспечения корректной работы станции необходимо устанавливать системы вывода конденсата.
Автоматические системы контроля
В современном мире механическая работа постепенно заменяется средствами автоматизации контроля. При помощи специального контроллера сотрудник следит за корректным рабочим процессом блоков станции, не отвлекаясь при этом от функций диспетчера.
Таким образом, эксплуатация тепловых блоков контролируется специальными датчиками, а система записывает данные и передаёт их на пульт. После сбора информации с датчиков система анализирует и корректирует рабочие параметры энергоустановок.
Правила обслуживания энергоустановок
Наиболее важным моментом в отличной работе станции является поддержка коммуникаций в должном состоянии.
Инженеры тестируют работоспособность отдельно взятых компонентов установки, после чего проводится комплексная диагностика системы.
Специалисты тестируют электронные и механические составляющие корпуса.
Существуют плановые и периодические проверки на дефекты, разрушение и структурность
При этом не нарушается работа и не деформируется материалы корпуса, что немаловажно для энергетического корпуса
После выявления и устранения очагов неполадок контроль осуществляют датчики и аналитическая система под надзором оператора.
Итоги
Использование подобных систем предполагает собой достижение максимальной продуктивности в области энергообеспечения.
Достигается это посредством повышения квалификации работников, улучшения и автоматизации рабочего процесса, а также установку современного оборудования.
Однако, ввиду больших затрат руководство старается придерживаться стандартных комплектаций и методов контроля в управлении энергоустановками.
Основными типами тепловых насосов являются
вода-вода, воздух-воздух, грунт-вода, воздух-вода, вода-воздух, грунт-воздух.
Как видим, к естественным источникам низкопотенциального тепла может выступать — теплота грунта, подземных вод и наружного воздуха, а непосредственно циркулирующем теплоносителем в системе может быть вода (рассол) так же воздух.
Грунт как источник тепла
Температура грунта от глубины 5-6 метров практически соизмерима с среднегодовой температуры наружного воздуха. Благодаря тому, что температура почвы стабильная все 12 месяцев в году, возникает необходимая разница температур для наиболее продуктивной работы ТН зимой — на отопление, и летом – на охлаждение. Необходимая энергия грунта отбирается грунтовым коллектором, расположенным в грунте, и аккумулируется в самом теплоносителе, далее теплоноситель поступает в испаритель ТН и круг циркуляции повторяется, за следующим отбором теплоты. В качестве такого теплоносителя используется незамерзающая жидкость.
Обычно для применения смешивают воду с пропиленгликолем так-же возможно и с этиленгликолем. Типы тепловых насосов «грунт-вода» или «грунт-воздух» подразделяются на вертикальные и горизонтальные в зависимости от размещения грунтового контура в земле. Если системы выполнены правильно, они надежны и имеют большой срок эксплуатации. Также эффективность вертикальных и горизонтальных ТН остается высокой не зависимо от времени года.
 |
 |
| Горизонтальй грунтовй зонд | Вертикальй грунтовй зонд |
Недостатки вертикальных грунтовых зондов:
— необходимость большой технологической площади;- возникновение воздушных мешков в скважине из-за неквалифицированной укладки, которые в разы ухудшают теплосъем с грунта;- невозможность реконструкции.
Недостатки горизонтальных грунтовых зондов:
— требуют высокие эксплуатационные затраты;- невозможность использования пассивного охлаждения;- объемные земляные работы;- техническая возможность монтажа сооружений ограничена дополнительными требованиями.
Вода как источник тепла
Использование этого вида теплоты довольно разнообразное. ТН «вода-вода» и «вода-воздух» позволяют использовать подземные воды, такие как артезианские, термальные, грунтовые воды. Также широко применяется в качестве источника тепла — водоемы, озера, сточные воды и др. Чем ниже расположена труба в толще воды, с помощью которой передается тепло, тем стабильней, надежней и производительнее работа ТН.
Преимущества тепловых насосов вода-вода, вода-воздух:
— отличный коэффициент преобразования СОР, из-за стабильной температуры источника (температура подземных вод круглый год около 6-7 °С);- системы занимают небольшие технологические площади;- срок эксплуатации за 30-40 лет;- минимальные эксплуатационные затраты;- возможность применения больших мощностей.
Недостатки тепловых насосов вода-вода, вода-воздух:
— применим ограничено территориальностью, из-за отсутствия источника или в городских условий;- нужны высокие требования к дебету подающей скважине;- при повышении температуры воды, необходимы проверки антикоррозийной защиты и содержания марганца и железа.
Воздух как источник тепла
ТН воздух-вода или воздух-воздух чаще всего используют для бивалентных или моноэнергетических систем отопления, и обеспечения горячего водоснабжения.
Преимущества тепловых насосов «воздух-воздух», «воздух-вода»:
— простота конструкции, монтажа и эксплуатации;- возможность использования в любо климатической зоне;- наименьшая стоимость и срок окупаемости сравнительно с ТН других источников тепла;
Недостатки тепловых насосов (ТН) «воздух-воздух», «воздух-вода»:
— ухудшение коэффициента эффективности из-за изменений температуры внешней среды;- низкая производительность системы при температуре ниже 0 °С, что подразумевает необходимость дополнительного источника тепла для отопительного периода.
Тепловые двигатели внешнего сгорания
- 1. Двигатель Стирлинга — это тепловой аппарат, в котором газообразное или жидкое рабочее тело совершает движения в замкнутом пространстве. Это устройство основано на периодическом охлаждении и нагреве рабочего тела. При этом извлекается энергия, которая возникает при изменении объема рабочего тела. Двигатель Стирлинга может работать от любого источника тепла.
- 2. Паровые машины. Главный их плюс — это простота и отличные тяговые качества, на которые не влияет скорость работы. При этом можно обходиться без редуктора. Этим паровая машина отличается в лучшую сторону от двигателя внутреннего сгорания, выдающего на малых оборотах недостаточное количество мощности. По этой причине паровую машину удобно использовать в качестве тягового двигателя. Недостатки: низкий КПД, невысокая скорость, постоянный расход воды и топлива, большой вес. Раньше паровые машины были единственным двигателем. Но они требовали много топлива и замерзали зимой. Затем их постепенно вытеснили электродвигатели, ДВС, паровые турбины и газовые, которые обладают компактностью, более высоким КПД, универсальностью и эффективностью.
Приемка тепловых установок из ремонта
При приемке оборудования из ремонтов производится оценка качества ремонта, которая включает оценку: качества отремонтированного оборудования; качества выполненных ремонтных работ.
Оценки качества устанавливаются:
- предварительно — по окончании испытаний отдельных элементов тепловой энергоустановки и в целом;
- окончательно — по результатам месячной подконтрольной эксплуатации, в течение которой должна быть закончена проверка работы оборудования на всех режимах, проведены испытания и наладка всех систем.
Работы, выполняемые при капитальном ремонте тепловых энергоустановок, принимаются по акту. К акту приемки прилагается вся техническая документация по выполненному ремонту (эскизы, акты промежуточных приемок по отдельным узлам и протоколы промежуточных испытаний, исполнительная документация и др.).
Акты приемки из ремонта со всеми документами хранятся постоянно вместе с техническими паспортами установок. Все изменения, выявленные и произведенные во время ремонта, вносятся в технические паспорта установок, схемы и чертежи.
История
Концепция тепловых насосов была разработана ещё в 1852 году выдающимся британским физиком и инженером Уильямом Томсоном (лордом Кельвином) и в дальнейшем усовершенствована и детализирована австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером. Петера Риттера фон Риттингера считают изобретателем теплового насоса, ведь именно он спроектировал и установил первый известный тепловой насос в 1855 году. Но практическое применение тепловой насос приобрел значительно позже, а точнее в 40-х годах XX века, когда изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер (Robert C. Webber) экспериментировал с морозильной камерой. Однажды Вебер случайно прикоснулся к горячей трубе на выходе камеры и понял, что тепло просто выбрасывается наружу. Изобретатель задумался над тем, как использовать это тепло, и решил поместить трубу в бойлер для нагрева воды. В результате Вебер обеспечил свою семью таким количеством горячей воды, которое они физически не могли использовать, при этом часть тепла от нагретой воды попадала в воздух. Это подтолкнуло его к мысли, что от одного источника тепла можно нагревать и воду, и воздух одновременно, поэтому Вебер усовершенствовал своё изобретение и начал прогонять горячую воду по спирали (через змеевик) и с помощью небольшого вентилятора распространять тепло по дому с целью его отопления. Со временем именно у Вебера появилась идея «выкачивать» тепло из земли, где температура не слишком изменялась в течение года. Он поместил в грунт медные трубы, по которым циркулировал фреон, который «собирал» тепло земли. Газ конденсировался, отдавал своё тепло в доме, и снова проходил через змеевик, чтобы подобрать следующую порцию тепла. Воздух приводился в движение с помощью вентилятора и распространялся по дому. В следующем году Вебер продал свою старую угольную печь.
В 1940-х годах тепловой насос был известен благодаря своей чрезвычайной эффективности, но реальная потребность в нём возникла после нефтяного кризиса 1973 года, когда, несмотря на низкие цены на энергоносители, появился интерес к энергосбережению.
Подписи к слайдам
Слайд 1
Презентация Виды тепловых двигателей Выполнила: студентка группы 14К1 Коженова Полина
Слайд 2
Тепловые двигатели Паровая машина Газовая, паровая турбина Реактивн-ый двигатель ДВС Виды тепловых двигателей
Слайд 3
Тепловые машины реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой. Таким образом машины-устройства которые служат для преобразования одного вида энергии в другой. Преобразуют внутреннюю энергию в механическую. Внутренняя энергия тепловых машин образуется за счет энергии топлива
Слайд 4
Парова́я маши́на -тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина двигатель внешнего сгорания, который преобразо-вывает энергию пара в механическую работу.
Слайд 5
Двигатель внутреннего сгорания-это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Несмотря на то, что ДВС являются относительно несовершенным типом тепловых машин, он очень широко распространен, например в транспорте. Несмотря на то, что ДВС являются относительно несовершенным типом тепловых машин, он очень широко распространен, например в транспорте.
Слайд 6
Газовая турбина это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого и нагр-етого газа преобразуется в механическую работу на валу. Состоит из копрессора, соединённого напрямую с турбиной, и камерой сгорания между ними.
Слайд 7
Паровая турбина — это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь совершает механическую работу на валу.
Слайд 8
Реактивный двигатель -создает необходимую для движения силу тяги посредством преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и в соответствии с законом сохранения импульса образуется реактивная сила,толкающая двигатель в противоположном направлении.
Слайд 9
Разнообразие видов тепловых машин указывает лишь на различие в конструкции и принципах преобразования энергии. Общим для всех тепловых машин является то, что они изначально у величивают свою внутреннюю энергию за счет сгорания топлива с последующим преобразованием внутренней энергии в механическую
Определение теплового насоса
Тепловой насос (ТН) является одним из термотрансформаторних устройств, обеспечивающих подачу тепла от одних тел к другим, которые имеют различные температуры. Термотрансформаторы могут быть повышающими, если предназначены для передачи теплоты к телам с низкой температурой, и понижающими, если с их помощью передается теплота телам с высокой температурой.
Долгое время тепловой насос оставался термодинамической загадкой, хотя принцип его работы вытекает из работ Карно, в частности, описания цикла Карно, опубликованного в его диссертации еще в 1824 Практическую теплонасосную систему, названную умножителем тепла, в 1852 предложил лорд Кельвин, который показал как холодильную машину можно эффективно использовать для целей отопления.
Тепловой насос осуществляет передачу внутренней энергии от энергоносителя с низкой температурой к энергоносителя с более высокой температурой. Поскольку, в соответствии со вторым законом термодинамики, тепловая энергия без какого-либо внешнего воздействия может переходить только с высокого температурного уровня на низкий, для осуществления теплонасосного цикла необходимо использовать приводную энергию. Поэтому процесс передачи энергии в направлении, противоположном естественному температурному напору, осуществляется в круговом цикле.
Основное назначение этих установок — использование теплоты низкопотенциального источника, например окружающей среды. Для осуществления теплонасосного процесса необходимый расход внешней энергии любого вида: механической, химической, кинетической, электрической и др.
Основное применение в настоящее время находят три типа теплонасосных установок:
• компрессионные для теплоснабжения отдельных домов, а также для теплоснабжения отдельных промышленных цехов или установок;
• абсорбционные для теплоснабжения зданий и промышленных цехов;
• термоэлектрические для теплоснабжения отдельных помещений или небольших домов.
Энергоносители, поставляемые тепловую энергию с низкой температурой для осуществления теплонасосного цикла, называются источниками теплоты. Они отдают тепловую энергию путем теплопередачи, конвекции и (или) излучения. Энергоносители, воспринимающие в теплонасосной цикле тепловую энергию повышенного потенциала, называются приемниками тепла. Они воспринимают тепловую энергию путем теплопередачи, конвекции и (или) излучения.
В целом можно предложить следующее определение: тепловой насос-устройство, что воспринимает тепловой поток при низкой температуре (на холодной стороне), а также необходимую для привода энергию и використуючы оба потока энергии при повышенной (по сравнению с холодной стороной) температурой в виде теплового потока .
Это определение действительно для компрессионных тепловых насосов, а также для абсорбционных и термоэлектрических агрегатов, использующих эффект Пельтье.
Теплопроизводительность (тепловая мощность) парокомпрессионного ТН состоит из двух составляющих: теплоты, получаемой випарувачем от источника теплоты (так называемая холодопроизводительность и приводной мощности Р, с помощью которой входная тепловая энергия поднимается на более высокий температурный уровень.
В абсорбционном ТН механический компрессор заменен термохимическим — в виде дополнительного циркуляционного контура раствора с генератором (кипятильником) и абсорбером. Вместо электрической приводной энергии, подводимой к компресионного теплового насоса с электроприводом, к генератору подводится тепловая энергия. Однако для обоих процессов используется с помощью испарителя источник энергии в виде отработанной теплоты или энергии окружающей среды.
Обычно в процессе преобразования энергии окружающей среды является конечным этапом процесса. Энергия, выделяемая при сжигании твердого топлива или в ядерных реакторах, проходит большое количество преобразований, пока принимает необходимую для потребителей форму, полностью используется и, наконец, практически всегда переходит в окружающую среду. Тепловые насосы требуют совершенно иного теоретического подхода. Здесь в начале процесса как источник тепла наряду с приводной энергией используется также и энергия окружающей среды.
Виды ремонтов теловых установок.
Основными видами ремонтов тепловых энергоустановок и тепловых сетей являются капитальный и текущий. Объем технического обслуживания и ремонта определяется необходимостью поддержания исправного, работоспособного состояния и периодического восстановления тепловых энергоустановок с учетом их фактического технологического состояния.
Капитальный ремонт — ремонт, выполняемый для восстановления технических и экономических характеристик объекта до значений, близких к проектным, с заменой или восстановлением любых составных частей.
Приемка тепловых энергоустановок из капитального ремонта производится рабочей комиссией, назначенной распорядительным документом по организации.
Годовой план ремонта. На все виды тепловых энергоустановок необходимо составлять годовые (сезонные и месячные) планы-графики ремонтов. Годовые планы ремонтов утверждает руководитель организации. В планах приводится расчет трудоемкости ремонта, его продолжительности (время простоев в ремонте), потребности в персонале, а также в материалах, комплектующих изделиях и запасных частях, создается расходный и аварийный запас их.
Текущий ремонт тепловых установок — ремонт, выполняемый для поддержания технических и экономических характеристик объекта в заданных пределах с заменой и/или восстановлением отдельных быстроизнашивающихся составных частей и деталей. Приемка из текущего ремонта производится лицами, ответственными за ремонт, исправное состояние и безопасную эксплуатацию тепловых энергоустановок.
Периодичность и продолжительность всех видов ремонта устанавливается нормативно-техническими документами на ремонт данного вида тепловых энергоустановок.
Загрузка...
