Поливалентные (гибридные) системы теплоснабже­ния

ПОЛИВАЛЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.

5.1. Общие сведения.

Поливалентные (гибридные) системы теплоснабже­ния (ПСТ) представляют собой комплексы из не­скольких разнородных источников тепла (котель­ные установки (КУ); возобновляемые источники (ВИ); устройства, использующие вторичные энер­горесурсы (ВЭР); и др.).

Экономические и энергетические характери­стики таких систем существенно зависят от пара­метров теплопотребления (графика теплопотребления и температурных показателей), а также от производительности и стоимости получаемой тепловой­ энергии подсистемами ПСТ.

Рис. 5.1. Конструкция здания и элементов его ог­раждений, способных максимально улавливать солнечное излучение и защищать помещения от перегрева.

1 - остекление; 2 - теплоаккумулирующая стена; 3 - помещение.

При выборе наиболее эффективных вариантов необходимо учитывать потребительские качества, затраты на получение энергии отдельными подсис­темами ПСТ.

Отличительной особенностью ПСТ являются, как правило, более низкие по сравнению с тради­ционными системами оптимальные значения тем­пературы теплоносителя в подающей и обратной магистрали тепловой сети (70/50, 60/40 и др.).

5.2. Поливалентные системы тепло­снабжения с использованием солнеч­ной энергии.

Различают пассивную и активную технологии ис­пользования солнечной энергии. Пассивное ис­пользование солнечной энергии - это создание конструкций здания и элементов его ограждений, способных максимально улавливать солнечное излучение в отопительный период и защищать по­мещения от перегрева в теплое время года (рис. 5.1).

Активная технология реализуется в технических системах со специальным оборудованием, предна­значенным для приема солнечного излучения, пре­образования его в тепло, аккумулирования и рас­пределения полученного тепла потребителям.

Рис. 5.2. Одноконтурная установка солнечного го­рячего водоснабжения (УСГВ).

 1 - циркуляционный насос; 2 - солнечный коллек­тор; 3 - бак-аккумулятор; 4 – догреватель.

Системы солнечного теплоснабжения (ССТ) по роду замещаемой нагрузки делятся на установки горячего водоснабжения, отопления и горячего водоснабжения, и чисто отопительные. Последние используются крайне редко (например, при воз­душном отоплении отдельных небольших зданий).

Установки солнечного отопления и горячего водоснабжения по экономическим соображениям подбираются обычно из расчета замещения 30-50 % годового теплопотребления и могут рабо­тать сезонного и/или круглогодично. Наиболее пер­спективными районами применения таких систем в нашей стране являются южные районы России, Поволжье, отдельные районы Центральной части России, Сибири, Забайкалья, Дальнего Востока.

Системы солнечного теплоснабжения могут быть децентрализованными (индивидуальными) и централизованными (в виде приставки к централь­ной котельной объекта).

Индивидуальные установки солнечного горя­чего водоснабжения (УСГВ) сезонного действия выполняются, как правило, по одноконтурной схе­ме (рис. 5.2). Для небольшого водопотребления (до 2 м³/сут.) применяют естественную циркуляцию, поэтому солнечный коллектор размещают, как ми­нимум, на 0,5 м ниже аккумулятора. Вода догревается электрическим догревателем.

Более крупные УСГВ оснащаются циркуляци­онными насосами, при этом бак-аккумулятор мо­жет размещаться в нижней части здания.

Установки круглогодичного, а также сезонно­го действия при неудовлетворительном качестве исходной воды выполняются по двухконтурной схеме (рис. 5.3) Здесь первичный тепловоспринимающий контур с незамерзающим теплоносителем (антифризом) отделён от аккумулятора тепла про­межуточным теплообменником. Каждый контур имеет циркуляционный насос.

Рис. 5.3. Двухконтурная УСГВ со скоростным водоподогревателем.

1 - циркуляционный насос; 2 - солнечный коллектор; 3 - бак-аккумулятор; 4 – догреватель; 5 - скорост­ной водоподогреватель; 6 - расширительный бак.

Рис. 5.4. Проточно-регенеративная УСГВ с деаэра­тором.

1 - циркуляционный насос; 2 - блок солнечных кол­лекторов; 3 - бак-аккумулятор; 4 - дополнитель­ный водоподогреватель; 5 - скоростной водоподогреватель 1-ой ступени; 6 - скоростной водоподогреватель 2-ой ступени; 7 - блок химводоочистки; 8 - деаэратор вакуумного типа.

Тепловая эффективность двухконтурной ССТ ниже, чем у одноконтурной системы и существен­но зависит от площади теплопередачи промежу­точного теплообменника, поэтому КПД последнего не должен быть ниже 0,9.

В централизованных ССТ подпиточная вода на горячее водоснабжение предварительно подогре­вается в солнечных коллекторах; ССТ выполняют­ся по двухконтурной (рис. 5.3) или проточно-реге­неративной (рис. 5.4) схеме.

ССТ рассчитаны, как правило, на низкотемпе­ратурные системы отопления (панельно-лучистые; конвективные и др.). В качестве догревателей при­меняются электрические котлы, а также теплогенераторы на органическом топливе.

В системах солнечного теплоснабжения применяются в основном плоские солнечные коллек­торы с однослойным или двухслойным стеклянным покрытием и тыльной тепловой изоляцией. Погло­щающая солнечное излучение панель-абсорбер окрашивается чёрной краской либо имеет селек­тивное покрытие. На это оборудование приходит­ся большая часть стоимости солнечной установ­ки. Снижение капитальных затрат достигается за счёт применения солнечных недорогих коллекто­ров из различных материалов без специального покрытия и тепловой изоляции.

5.3. Поливалентные системы тепло­снабжения с использованием тепло­вых насосов.

В зависимости от вида затрачиваемой внешней энергии тепловые насосы подразделяются на парокомпрессионные, абсорбционные и термоэлек­трические. В первом виде насосов расходуется механическая энергия, во втором - тепловая высо­котемпературная энергия, а в последнем - электро­энергия.

Наибольшее распространение получили парокомпрессионные тепловые насосы, работающие на специальных низкотемпературных веществах (хладонах).

В зависимости от вида сред, отдающих или потребляющих тепло, применяют следующие схе­мы тепловых насосов: «воздух - воздух», «вода - вода», «вода - воздух» и «воздух - вода».

Энергетическая эффективность парокомпрессионных тепловых насосов оценивается так назы­ваемым коэффициентом преобразования (КОП), равным отношению полученного в конденсаторе тепла к затраченной механической (электрической) мощности компрессора. Чем выше коэффициент преобразования, тем больше единиц тепла полу­чается на единицу затраченной энергии.

Используя общепринятую оценку эффективно­сти энергетических установок, следует отметить, что по сравнению с теплофикационными система­ми, работающими на органическом топливе, эко­номия при использовании тепловых насосов долж­на определяться с учетом расхода топлива на вы­работку потребленной компрессором электроэнер­гии. При среднем КПД паротурбинных конденса­ционных электростанций 0,33 сравниваемые сис­темы имеют одинаковую энергетическую эффек­тивность при коэффициенте преобразования, рав­ном 3. При больших значениях коэффициента пре­образования имеет место экономия первичного топлива.