Методы сезонного аккумулирования теплоты Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №2/2016 ISSN 2410-6070

УДК 624.482

К.А. Гарькавый

К.т.н., профессор кафедры, факультет энергетики Кубанский государственный аграрный университет г. Краснодар, Российская Федерация

МЕТОДЫ СЕЗОННОГО АККУМУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ

Аннотация

Раскрываются преимущества и недостатки сезонного аккумулирования теплоты солнечной энергии. Предлагает методика расчета вертикального грунтового теплообменника.

Ключевые слова

Возобновляемые источники энергии, емкостные аккумуляторы, грунтовые аккумуляторы, аквиферные

аккумуляторы.

Для сезонных аккумуляторов теплоаккумулирующей средой может быть вода, водные растворы солей, природный камень, галька, грунт. В зависимости от этого системы можно разделить на емкостные аккумуляторы, грунтовые аккумуляторы, аквиферные аккумуляторы.

По конструкции и принципу действия емкостные аккумуляторы могут быть: а) с твердой насадкой; б) с жидкостным теплоаккумулирующим материалом. В аккумуляторе с твердой насадкой накопление теплоты происходит путем попеременного нагрева и охлаждения твердого теплоаккумулирующего материала. Такие аккумуляторы используются при воздушном отоплении. Пористая насадка обычно выполняется из дробленого камня, гальки, керамических шариков, теплоносителем в них является воздух. Продолжительность нагрева и охлаждения рассчитывается по формулам нестационарной теплопроводности. Учитываются размеры и формы элементов насадки, теплофизические свойства и взаимодействия с потоком воздуха [1, с. 41-43].

Емкостные аккумуляторы с жидкостным теплоаккумулирующим материалом или просто водяные аккумуляторы — это резервуары большой вместимости, которые могут создаваться искусственно или в естественных полостях скальных пород. Разновидностью водяных аккумуляторов являются так называемые солнечные пруды, где коллекколлектор и аккумулятор совмещены. Солнечная радиация поглощается донной поверхностью водоема. В водоеме создается и поддерживается градиент концентрации соли (на различных уровнях вводится разное количество солей). При этом создаются слои раствора с разной концентрацией и плотностью. Нижние слои, у которых концентрация и плотность выше, нагреваются под действием солнечной радиации более интенсивно. Теплота отводится из нижней зоны пруда. Обычно глубина пруда составляет 1—3 м. На 1 м2 площади пруда требуется 500—1000 кг поваренной соли.

Известен метод крупномасштабного сезонного аккумулирования, основанный на использовании системы буровых скважин в грунте, в которых заложены металлические или пластмассовые трубы с циркуляцией теплоносителя для зарядки и разрядки. Число вертикальных скважин и горизонтальных каналов определяется необходимым объемом аккумулятора, зависящим от нагрузки потребителя. Тепловая эффективность грунтового аккумулятора определяется теплофизическими и гидрогеологическими свойствами грунта, типом и компоновкой грунтовых теплообменников, глубиной их расположения. Горизонтальные каналы используются, в основном, для извлечения естественно аккумулированной теплоты грунта из верхних слоев. Они обычно располагаются на глубине 1—3 м.

Что касается аквиферных и грунтовых аккумуляторов, то каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Вывод можно сделать только после построения физических и математических моделей и конкретных расчетов. Исходя из общих представлений о процессах, основным недостатком аквиферного аккумулирования является неопределенность объема массива, в котором происходит теплообмен, необходимость существенных допущений касательно структуры этого массива и сложностей с закачиванием в пласт теплоносителя, а также ограничение наличием соответствующего водоносного пласта. Преимуществом является развитая поверхность теплообмена.

При грунтовом аккумулировании проявляется ограниченность поверхности теплообмена, снижение потенциала энергии в нерабочие часы, потери энергии. К преимуществам грунтовых аккумуляторов можно

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №2/2016 ISSN 2410-6070

отнести относительно небольшие затраты на строительство таких систем, легкость управления процессом и повсеместное распространение теплоаккумулирующей среды.

Для расчета грунтового аккумулирования в инженерной практике используется методика расчета вертикального грунтового теплообменника, основания на решения задачи линейного источника с постоянной линейной плотностью теплового потока [2, с. 143-146]. Аналитическое решение находится в виде бесконечного ряда и сопряжено с большим количеством ограничений.

Таким образом, при выборе метода создания аккумулятора предпочтительней природные аккумуляторы. Наиболее доступным и -повсеместно распространенным является естественный грунтовой массив. Список использованной литературы:

1. Амерханов Р.А. Теплоаккумуляционная и теплонасосная система теплоснабжения на основе возобновляемых источников энергии [Текст] / Р.А. Амерханов, К.А. Гарькавый // Альтернативная энергетика и экология. - 2011. - № 3. - С. 41-43.

2. Амерханов Р.А. Тепломассоперенос в породе подземного аккумулятора теплоты [Текст] / Р.А. Амерханов, К.А. Гарькавый // Альтернативная энергетика и экология. - 2011. -№ 9. - С. 143-146.

© К.А. Гарькавый , 2016

УДК 62-176.2

А.М. Гафуров

инженер кафедры «Котельные установки и парогенераторы» Казанский государственный энергетический университет

Н.М. Гафуров

студент 3 курса факультета энергонасыщенных материалов и изделий (ФЭМИ) Казанский национальный исследовательский технологический университет

Г. Казань, Российская Федерация

ЭФФЕКТИВНОСТЬ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ В КОНДЕНСАТОРЕ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ПРИ ДАВЛЕНИИ ПАРА В 3 кПа

Аннотация

Представлена эффективность низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на СО2 и С3Н8, обеспечивающего утилизацию теплоты в конденсаторе паровой турбины при давлении пара в 3 кПа.

Ключевые слова

Конденсатор паровой турбины, утилизация теплоты, тепловой двигатель

В конденсаторе паровой турбины поддерживается низкое давление пара равное 3 кПа, что соответствует температуре насыщения в 24,08°С. Для осуществления процесса утилизации низкопотенциальной теплоты с помощью низкотемпературного теплового двигателя, необходимо иметь достаточный температурный перепад между теплотой в конденсаторе паровой турбины и окружающей средой. В зимний период времени конденсатор паровой турбины является источником низкопотенциальной теплоты с температурой в 24,08°С, а окружающая среда - прямой источник холода с температурой до минус 50°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на СО2 и С3Н8 [1].

Замкнутый контур циркуляции низкотемпературного теплового двигателя содержит последовательно соединенные конденсатный насос, конденсатор паровой турбины, турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения. Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа СО2 и С3Н8 осуществляют наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени [2].