Презентация на тему Низкопотенциальная геотермальная энергия (тепловые насосы) в энергоэффективном проектировании

в 1852 году выдающимся британским физиком и инженером Уильямом Томсоном (Лордом

Кельвином) и в дальнейшем усовершенствована и детализирована австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером (Peter Ritter von Rittinger).
Но практическое применение тепловой насос приобрел значительно позже, а точнее в 40-х годах ХХ столетия, 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.
Он поместил в грунт медные трубы, по которым циркулировал фреон, который «собирал» тепло земли. Газ конденсировался, отдавал свое тепло в доме, и снова проходил через змеевик, чтобы подобрать следующую порцию тепла. Воздух приводился в движение с помощью вентилятора и распространялся по дому.

процессе выделения тепла из грунта (имеющего температуру около плюс

8°С), при помощи теплообмена между тремя контурами:
1. рассольный (земляной) контур; 2. контур теплового насоса; 3. отопительный контур.

которого происходит преобразование температуры с +8°С до +75°С.
Тепловой насос

состоит из:
    1. Теплообменник передачи тепла земли - внутреннему контуру.     2. Компрессор     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 (горячего водоснабжения)
 

скважину. По трубе циркулирует незамерзающая жидкость. В результате циркуляции

ко второму контуру теплового насоса поступает жидкость с температурой +8°С (температура земли). 

втором контуре циркулирует фреон. (Отличительная особенность фреона состоит в

том, что при температуре выше 3°С он из жидкого состояния переходит в газообразное). Жидкий фреон, получая от первичного контура температуру +8°С переходит в газообразное состояние. Далее, газообразный фреон поступает в компрессор, где газ сжимается с 4 до 26 атмосфер. При таком сжатии он нагревается с +8°С до +75°С.  Это самый важный этап работы теплового насоса. Именно на этом этапе происходит преобразование энергии большого объема газа с температурой +8°С в малый объем газа с температурой +75°С. При этом общая энергия газа до и после компрессора остается неизменной. Просто он сконцентрировался в сгусток энергии, которой некуда деваться. Поэтому и происходит нагревание газа до +75°С.

третий контур –систему отопления и горячего водоснабжения дома. В процессе

передачи энергии газа третьему контуру после потерь (10-15°С), отопительный контур нагревается до температуры 60-65°С.

до 30-40°С . При этом он по-прежнему находится под

давлением в 26 атмосфер. Затем происходит снижение давления до 4 атмосфер (так называемый эффект дросселирования). В результате падения давления происходит значительное охлаждение газа (эффект, обратный повышению температуры при увеличении давления). Он охлаждается до 0-3°С и становится жидкостью. Температура фреона 0-3°С передается теплоносителю первичного контура, который уносит ее вглубь земли. Проходя по скважине, теплоноситель нагревается и выходит на поверхность земли с температурой +8°С, которая опять подается на второй контур.

во втором контуре. Жидкий фреон с температурой 0-3°С опять

соприкасается с первичным контуром, приносящим из земли +8°С. Процесс повторяется. 

может быть тепло как естественного, так и

искусственного происхождения.
В качестве естественных источников низкопотенциального
тепла могут быть использованы:
- тепло земли (тепло грунта);
- подземные воды (грунтовые, артезианские, термальные);
- вода естественных и искусственных водоемов
(рек, озер, морей, прудов, водохранилищ);
- наружный воздух.
В качестве искусственных источников низкопотенциального тепла могут выступать:
- удаляемый вентиляционный воздух;
- канализационные стоки (сточные воды);
- промышленные сбросы;
- тепло технологических процессов;
- бытовые тепловыделения;

тепло сточных вод. Это уменьшит на двадцать процентов потребление

энергии и эмиссию двуокиси углерода на сорок процентов.

вырабатываемой тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом трансформации

(или коэффициентом преобразования теплоты) и служит показателем эффективности теплового насоса. Эта величина зависит от разности уровня температур в испарителе и конденсаторе: чем больше разность, тем меньше эта величина.

делают так, чтобы масса низкотемпературного источника тепла была значительно

большей, чем нагреваемая масса. Это снижает затраты энергии на отопление, но приводит к росту габаритов и стоимости оборудования. В действительности приходится учитывать накладные расходы по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии (то есть услуги электрических сетей). В результате отпускная цена электричества в 3-5 раз превышает его себестоимость, что приводит к финансовой неэффективности использования тепловых насосов по сравнению с газовыми котлами при доступном природном газе. Однако, недоступность углеводородных ресурсов во многих районах приводит к необходимости выбора между обычным преобразованием электрической энергии в тепловую и с помощью теплового насоса, который в данной ситуации имеет свои преимущества.

в ТНУ существенно выше, чем для альтернативных нагревателей, тепловой

насос устанавливают лишь на часть расчетной отопительной нагрузки (т.н. базовую часть) с покрытием пиковой тепловой нагрузки от более дешевого нагревателя. Определение доли теплового насоса в покрытии общей тепловой нагрузки потребителя - это оптимизационная задача, которая решается в каждом конкретном случае. Ее результат зависит от схемы теплоснабжения дома, плотности графика продолжительности стояния температур наружного воздуха в регионе, соотношения стоимости теплового насоса и пикового нагревателя, стоимости электро-энергии в регионе.
Расчеты показывают, что комплект ТНУ с подключением и бурением скважины стоит дороже, чем установка газового или электрического котла. В целом, установка системы с ТНУ дороже теплоснабжения от котла в 2,4-2,8 раз.

тепловых насосов — это возможность использовать для своей работы

не только дорогое электричество, но и любой источник тепла достаточной температуры и мощности — перегретый или отработанный пар, пламя газовых, бензиновых и любых других горелок — вплоть до выхлопных газов и даровойсолнечной энергии.
Второе достоинство этих агрегатов, особенно ценное в бытовых применениях, — это возможность создания конструкций, не содержащих движущихся деталей, а потому практически бесшумных.
Наконец, в бытовых моделях рабочее тело (обычно это водо-аммиачная смесь с добавлением водорода или гелия) в используемых там объёмах не представляет большой опасности для окружающих. В отличие от фреонов оно не разрушает озоновый слой и не вызывает парниковый эффект.

меньшую эффективность и относительно более высокую стоимость по сравнению

с компрессионными установками, применение абсорбционных тепловых машин абсолютно оправдано там, где нет электричества или где есть большие объёмы бросового тепла (отработанный пар, горячие выхлопные или дымовые газы и т.п. — вплоть до солнечного нагрева). В частности, выпускаются специальные модели холодильников, работающие от газовых горелок, предназначенные для путешественников-автомобилистов и яхтсменов.
В настоящее время в Европе газовые котлы иногда заменяют абсорбционными тепловыми насосами с нагревом от газовой горелки или от солярки — они позволяют не только утилизировать теплоту сгорания топлива, но и «подкачивать» дополнительное тепло с улицы или из глубины земли!

45 град. огромное количество электроэнергии затрачивается на производство холода.

На тех же широтах энергия Солнца выдаёт за день до 6 кВт/час энергии на 1 м. кв. Для сравнения типовой домашний холодильник потребляет порядка 1 кВт/часа электроэнергии в сутки, а стандартный комнатный кондиционер за сутки потребляет порядка 8 кВт/часа. В общем то есть смысл подумать, как использовать бесплатную Солнечную энергию для получения холода и тем самым сократить свои расходы на электроэнергию.
Идея использовать солнечные батареи для работы холодильника, является заведомо убыточной. Низкий КПД, регулярная смена аккумуляторов, естественное старение кремния и высокая стоимость, любой холодильник сделают убыточным. Что касается солнечных холодильных абсорбционных установок на бромиде лития, то они достаточно неплохо себя зарекомендовали, в том числе и в качестве кондиционеров.
Температура Т = 85...90 град. необходимая для работы бромисто-литиевых установок может быть получена обычным вакуумным плоским солнечным коллектором. 
Разумеется, что такая температура может быть достигнута только лишь с применением солнечного концентратора энергии. 

концентраторы можно делать и из телевизионных «тарелок» и из

обычных небольших зеркал наклеенных на поверхность параболической формы.
Система слежения за солнцем может быть также очень дешевой, если она будет пассивной. То есть рефлектор будет поворачиваться по времени за Солнцем с той же угловой скоростью, что в условиях сегодняшней электроники реализуется элементарно просто и очень дёшево.
Подвод тепловой солнечной энергии может осуществляться при помощи тепловых трубок или теплоносителя
Простейшие холодильники на солнечной энергии можно изготавливать из стандартных абсорбционных холодильников путём замены электронагревателя на солнечную подводку. Если холод нужен постоянно, а Солнце постоянно не светит, то нагреватель следует дополнить и другими альтернативными источниками энергии.

(при совмещении с системой обогрева от биогазовых установок). Спектр

применения тепловых насосов чрезвычайно широк, так как их применение возможно в тепличных хозяйствах (для выращивания цветов, овощей, декоративных растений, саженцев и рассады), и на объектах животноводства и птицефабриках.

на рынке недвижимости, оборудовала новый торгово-развлекательный центр в Лондоне

инновационной геотермальной системой, служащей для охлаждения и нагрева здания. 
Под зданием торгового центра One New Change, спроектированным архитектором Жаном Нувелем протянулось около 60 км трубопроводов – достаточно, чтобы 140 раз обернуть вокруг знаменитого колеса обозрения London Eye. Система служит для передачи тепла между помещениями центра и грунтом, а также грунтовыми водами в двух скважинах, уходящих на глубину 150 метров. 

конструкциями из полистиролбетона и совместным применением теплонасосов и котлов

на сжиженном газе для отдаленных районов.

конструкциями из полистиролбетона и совместным применением теплонасосов и котлов

на сжиженном газе для отдаленных районов.

Рейксмузеума

Рейксмузеума