使用低温能源的发电厂。方案、说明

使用低温能源的发电厂。无线电电子电气工程百科全书

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在过去的 10-15 年中，垂直井中的地下换热器作为低温热源被广泛用于使用热泵的供暖和热水供应系统。这种环境友好的热源被经常使用，例如在瑞士，目前大约有四千个这样的装置在运行。

阿尔泰非传统能源与节能区域中心对立式地埋换热器与热泵的相互影响进行了研究。自动热泵机组 ATNU-10（工作流体 - R22）以 AK“INSOLAR”在俄罗斯“环境清洁能源”国家科学技术计划框架内开发并由“ECOMASH”制造企业（萨拉托夫）。该系统还包括在深度不超过 100 m 的井中的垂直地下换热器（水文地质研究表明，阿尔泰地区 67% 的人口居住在第一含水层深度较浅的地区）超过 30 米）。假设基础土壤温度为 280 K，这对应于阿尔泰地区条件下深度超过 5 m 的平均温度估计值。

ATNU型热泵自动控制系统设计为在最佳条件下工作，热流量恒定值由一次热源的热流量、高温回路的入口温度决定和高温回路的热载体的质量速度。当所需热负荷下降时，必须关闭热泵，直到恢复设定温度。如果地热交换器的功率不足以弥补高温回路中的热损失，则必须打开峰值关闭器。

结果表明，从土壤中提取的热能与热交换器工作长度的对数呈线性关系。在该条件下（过滤速率10 m/天），要从土壤中获取5-6 kW的热能，所需的热交换器深度为50-60 m。加热回路中的最小流量必须为 0,3 kg/s (1 m*/h)。在较小的体积下，系统中将开始积聚热量，正如对全尺寸安装的测试所显示的那样，这将导致氟利昂的温度和压力升高、蒸发器的运行恶化以及制冷剂的减少。地热交换器中的热量排出。尽管同时高温回路的冷却剂温度升高，但由加热系数决定的整个回路的效率却下降。

欧洲对使用土壤作为热源表现出了极大的兴趣。蒸发器的设计以直径约 25 毫米的蛇形管形式提出，在数百平方米的面积上以恒定深度铺设。为了降低资本成本，管子的位置尽可能靠近地表。

在欧洲进行的土壤作为热源的研究表明，从土壤到蒸发器的热流为 20-25 W/m，欧洲的最小值为 10 W/m，最大值为 50-60 W/m .

管子的最佳深度和间距分别为1,5和2 m，在某些情况下，由于相互影响，2 m的限制会被延长。管道可以放置在较浅的深度，但蒸发器温度每下降一度，热泵性能会降低 5%。

除了直接蒸发制冷剂之外，还可以使用中间热载体——盐水通过地下管道循环，并在特殊的热交换器中向制冷剂放热。冬季平均盐水温度为-3°C。

如果土壤的含水量高，则由于导热系数的增加和与管子的良好接触，性能会提高。土壤中大量的砾石会导致性能下降。

在丹麦，已经考虑了使用垂直管而不是水平管的可能性，当使用可逆热泵时，这种管不仅可以用于加热，还可以在夏季冷却建筑物。

还发现了一个有趣的细节。最低地面温度始终高于空气温度，并在两个月后所需的供暖输出减少时达到。

垂直管道占用的空间较少，并且可以利用夏季储存的热量，这使它们具有经济优势。对垂直 U 型管的研究显示了显着热回收的可能性。 150-200 m 区域的水平蒸发器可让您获得 12 kW 的热量。放置在直径为 127 毫米、深度为 8 米的井中的 U 型管使得仅从两个井中获得 12 千瓦的功率成为可能。由此可见，U型管比水平管减少10-20倍所需土面。

尽管国内热泵与国外相比价格相对便宜，但鉴于目前企业资金状况薄弱，热泵的引进遇到了一定的困难。对于我们的消费者来说，这项技术的巨大新颖性和不寻常性并不是最后一个作用。国外通过向实施热泵安装的企业授予数年的特权来克服这些问题。在大多数西欧国家，对使用热泵产生的收入征税较少，有些国家还实行直接财政补贴。例如，在奥地利，使用热泵的企业可获得高达 100 万先令的财政补贴，而在 90 世纪 7,5 年代初的德意志联邦共和国，此类企业有权获得高达资本成本 20% 的退税（视其资本情况而定）。），相当于热泵安装费用最高105%的财政补贴。目前，奥地利有 116 座 HPP 运行，每年节省燃油 XNUMX 吨。

除了地热的使用，家庭热泵应用中最具吸引力的是用于在室内创造舒适条件的“免费”热源——空气。它是公开可用的，并且在大规模生产中引起了最多的关注。在有水的地方，它比空气有几个优势。废热或太阳能收集器的使用正在积极探索中，欧洲和美国都对此感兴趣。

使用最广泛的热泵从一开始就在家庭中使用，以空气作为热源。基本上，空气也是散热器。作为热源，空气有许多缺点，因此需要根据安装位置仔细优化设计，安装位置的空气温度可能会有很大差异。

热泵的性能，尤其是 COP，会随着蒸发器和冷凝器之间温差的增加而降低。这对空气源热泵具有特别不利的影响。随着环境温度的下降，供暖所需的热量增加，但热泵保持恒定热量输出的能力却大大降低。为了克服这个缺点，经常应用额外的加热。

就英国和大多数欧洲国家的情况而言，任何热源的热泵成本都明显高于传统的中央锅炉。热泵在家庭热负荷中所占份额越大，投资差异越大，因此热泵通常只计算全年热负荷的一部分，其余部分由额外的加热器提供，通常是电热（在美国）和化石燃料（在欧洲）。它们之间的选择取决于资本和运营成本的比率。如果热泵在夏季也提供空调，则其尺寸和功率可能由该特定应用决定。

当环境温度降至零以下且建筑物的热损失超过泵的热输出时，需要额外供暖。为了提高系统的经济效率，仅当热泵无法满足满负荷时，才建议使用额外的加热器（在本例中为电加热器）。

热泵的所有热源或多或少都受到太阳能的影响，但也可以直接借助带有热载体循环的太阳能集热器，借助太阳能聚光器加热进入蒸发器的空气。虽然太阳能聚光器似乎更适合吸收式热泵。它们在家庭中仍然很少使用，但已成为重要研究工作的主题。为了在吸收循环中加热发电机，需要比传统平板集热器更高的温度。然而，空调采用吸收式循环可以通过平板集热器供暖，因为这里的温度必须较低，因此在夏季太阳辐射强烈且集热器温度较低时进行空气冷却。增加。

与热泵的其他热源一起，放置在屋顶上的平板集热器被广泛使用。总的来说，太阳能集热器不仅与热泵一起使用，而且还独立使用，以及在带有蓄热器的回路中使用，因此得到了深入研究。后者在阴天或夜间作为热源也对热泵感兴趣。

通过在高于环境空气、地面或水的温度下向蒸发器供热，太阳能集热器可提高热泵的 COP。

通常中间冷却剂-水将热量从收集器传递到蒸发器。但可能存在集热器与蒸发器的完整组合，其中制冷剂直接在太阳能集热器的管内蒸发。

通常，来自太阳能收集器的热量被输送到蒸发器管浸入其中的液体储热器中。蓄热器在任何太阳能热泵系统中都起着至关重要的作用。例如，在 Phillips 住宅中，太阳能集热器 (20m2) 每年收集 36-44 GJ 的热量（平均效率为 50%），储存在 40m3 的水箱中，温度高达 95°C。

提出了一种使用三个热泵的最小能源房屋方案：一个将随着温度升高的热量从太阳能集热器传输到电池，第二个从电池传输到供暖系统，第三个从电池传输到热水系统。

太阳能集热器也被考虑与地面集热器结合使用。已经确定，住宅每损失 3 千瓦的热量，太阳能集热器的尺寸应大于 2 平方米。使用面积为 1 m30 的太阳能集热器和仅占地 3 m 的地面蒸发器，可实现 COP = 100。如果仅使用地面蒸发器，则需要 3,4 m 的表面，这导致 COP = 300。

然而，尽管 COP 有所增加，但节省的燃料可能不足以抵消安装成本，尤其是太阳能集热器。该领域的其他工作表明，如果 HPI 的热功率为 6 kW，则需要 20 平方米的表面。

此外，HPP 还可以利用外壳本身排放的热量，例如厨房炉灶或一般厨房的废气、废水。在荷兰，TN 被应用于家用洗碗机。喷出的湿空气的热量用于加热提供给烘干机的干燥空气。来自烘干机的暖湿空气进入 HP 蒸发器并被冷却。冷却后，水分从中脱落，空气变得适合再循环。蒸发器使用流出空气的显热和潜热。再循环空气通过冷凝器并被冷凝热加热。节能达到约48%。以下是国外广泛使用的HPP的一些特点。

标签。 2.1.2. HP 安装“Carrier”（美国）的特点 - 简单的可逆空气对空气热泵

使用低温能源的发电厂

标签。 2.1.3. Lennox HP 的特点，与火焰加热系统相结合，消除了额外的加热系统

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