Isı tedarikinin merkezileşme seviyesindeki bir artışa (büyük şehirler için tipik olan) iki tehlikeli risk eşlik eder - ısı tedarik sürecinin ciddi bir acil durum kesintisi riski ve uzun süreli (izin verilen sürenin aşılması) riski. Kazaları ve arızaları tespit edip ortadan kaldırmak.
Moskova ısı tedarik sistemlerinin işletilmesindeki deneyim, her yıl 100 km'lik iki borulu ısıtma ağlarında,% 90'ı besleme boru hatlarında meydana gelen 20 ila 40 arası hasar borusu bulunduğunu göstermiştir. Isıtma ağının hasarlı bir bölümünü onarmanın ortalama süresi (çapına ve tasarımına bağlı olarak) 5 ila 50 saat veya daha fazla arasında değişir ve hasarın tamamen onarılması birkaç gün gerektirebilir (Tablo 1).
Tablo 1. Isıtma ağının hasarlı bölümünün ortalama iyileşme süresi z p, h
|
Boru çapı d, m |
Seksiyonel vanalar arasındaki mesafe l, km |
Ortalama iyileşme süresi z р, h |
Ana ısıtma ağının d, m boru çapına ve kesit vanaları l, km arasındaki mesafeye sahip hasarlı bir bölümünü eski haline getirmek için gereken süre z p , h, aşağıdaki ampirik formül kullanılarak da hesaplanabilir:
Kış şartlarında günlerce hatta saatlerce bekleyip, durumu kurtaracak tedbirlerin alınmaması elbette ki kabul edilemez. Bu nedenle, merkezi ısıtma sistemlerinin ve konut stokunun çalıştırılması uygulaması, çeşitli binaların ısıtma mevsiminin farklı mevcut dış sıcaklıklarında ısı biriktirme yeteneklerini dikkate alarak acil durumların ön değerlendirmesi için önemli bir kural geliştirmiştir. İşte kural:
Isıtma sezonuna hazırlanırken, ısı tedarik kuruluşlarının, konut bina sahiplerinin veya kamu hizmetleri sağlayan yetkili kuruluşlarının katılımıyla, kazaları ortadan kaldırmak ve ısı tedarikini metodolojiye göre geri yüklemek için izin verilen süreyi hesaplamaları önerilir. AKH im tarafından geliştirilen belediye ısı tedarik sistemlerinin güvenilirliğinin arttırılmasına yönelik Kılavuzlarda verilmiştir. K. D. Pamfilov ve 26 Haziran 1989'da OJSC Roskommunenergo tarafından ve SNiP 02/41/2003 tavsiyelerinde onaylandı.
Konut tesislerinin kışa hazırlanmasında kullanılmak üzere hesaplamalar konut ve toplumsal hizmetler yetkililerine sunulmalıdır.
Bu metodoloji, konut binalarına ve endüstriyel binalara ısı tedarikinin kesintiye uğradığı (kesildiği) koşullarda kentsel fonların, ısıtılan binalarda sıcaklık düşüş oranının (°C/saat) değerlendirilmesiyle kentsel fonların işleyişine ilişkin pratik deneyime ve araştırmaya dayanmaktadır. farklı dış sıcaklıklar.
Isıtılan binaların iç sıcaklığındaki zamanla azalma çizgisi, doğası gereği üsteldir (azalan) (Şekil 1) ve öncelikle binaların yapısal özelliklerine (duvarların ve yalıtımın tasarımı ve malzemesi, cam katsayısı, binaların konumu) bağlıdır. Bina vb.), binaların biriktirme kapasitesinin yanı sıra nesnelerin bulunduğu yerin iklim koşullarının belirlenmesi.
Şekil 1. Isıtma kapatıldıktan sonra binanın iç havasındaki (------) ve dış duvarın iç yüzeyindeki (- - - - -) sıcaklık düşüş çizgileri
Isıtma açıldığında iç hava sıcaklığındaki değişikliklerin yaklaşık eğrileri Şekil 1'de gösterilmektedir. 2.
Şekil 2. Isıtma açıldığında iç havanın ve dış duvarın iç yüzeyinin sıcaklığındaki değişim eğrileri - ısı
Ampirik olarak, binaların yaklaşık birikim katsayılarını, iç sıcaklıktaki düşüş oranını hesaplamak ve ana hükümlerini daha ayrıntılı olarak ele alacağımız bir hesaplama yöntemi geliştirmek mümkün oldu.
Konut binalarındaki hava sıcaklığı 8 °C veya altına düştüğünde ısı beslemesi kesilirse bodrum katlarında, merdivenlerde ve binaların çatı katlarında boru hatlarının donması meydana gelebilir. Isı kaynağı tamamen kapatıldığında ısıtılan odalarda yaklaşık sıcaklık düşüş oranı (°C/saat) tabloda verilmiştir. 2, binaların birikim katsayıları ondan belirlenir.
Tablo 2. Çeşitli dış ortam sıcaklıklarında bir binanın iç sıcaklığındaki düşüş oranı
|
Biriktirme katsayısı, h |
Sıcaklık düşüş hızı, °C/saat, dış hava sıcaklığında, °C |
|||
|
±0 |
-10 |
-20 |
-30 |
|
Biriktirme katsayısı, binaların termal birikim miktarını karakterize eder ve duvarların kalınlığına, ısı transfer katsayısına ve cam katsayısına bağlıdır. Kütle inşaatlı konut ve endüstriyel binalar için ısı birikim katsayıları tabloda verilmiştir. 3.
Tablo 3. Standart binalar için birikim katsayıları
|
Binaların özellikleri |
Tesisler |
Biriktirme katsayısı, h |
|
1 |
2 |
3 |
|
1. Betonarme dokulu katmanlara sahip yalıtımlı mineral yün levhalara sahip, üç katmanlı dış duvarlara sahip 1-605A serisi büyük panel ev (duvar kalınlığı 21 cm, yalıtım kalınlığı 12 cm'dir) |
||
|
üst kat |
||
|
orta ve birinci katlar |
||
|
2. K7-3 serisi (mühendis Lagutenko tarafından tasarlanan) 16 cm kalınlığında dış duvarlara sahip, betonarme dokulu katmanlara sahip yalıtımlı mineral yün levhalara sahip büyük panel konut binası |
||
|
üst kat |
||
|
orta kat |
||
|
3. Mineral yün levhalarla yalıtılmış, betonarme titreşimli haddelenmiş elemanlardan yapılmış dış çitlere sahip hacimsel elemanlardan yapılmış bir ev. Dış duvar kalınlığı 22 cm, kaburgalarla birleşim bölgesindeki yalıtım tabakasının kalınlığı 5 cm, kaburgalar arası 7 cm, kaburgalar arasındaki betonarme elemanların toplam kalınlığı 30-40 mm'dir. |
Üst kat köşeleri |
|
|
4. Duvar kalınlığı 2,5 tuğla ve cam katsayısı 0,18-0,25 olan tuğla konut binaları |
||
|
5. İç ısı üretimi düşük olan endüstriyel binalar (2 tuğla duvar, camlama katsayısı 0,15-0,3) |
Sunulan verilere dayanarak, kazayı ortadan kaldırmak için mevcut süreyi tahmin etmek veya kazaların çığ benzeri gelişmesini önlemek için önlemler almak mümkündür; ısı beslemesinin durdurulduğu binaların ısıtma sistemlerinde soğutucunun donması.
Bir kaza sonucu birden fazla binanın devre dışı kalması durumunda, birikim katsayısı en düşük olan bina için kazayı ortadan kaldırmak veya kazanın gelişmesini önleyecek tedbirleri almak için gereken süre belirlenir.
Bu durumu belirli bir örnek kullanarak ele alalım.
ÖRNEK 1. Başlangıç koşulları: 300 mm çapındaki bir ısıtma dağıtım ağında meydana gelen bir kaza sonucu, aralarında mühendis tarafından tasarlanan geniş panelli bir konut binasının da bulunduğu bir grup konut binasının bulunduğu merkezi ısıtma trafo merkezinin bağlantısı kesildi. Lagutenko. Dış hava sıcaklığı - 20 °C.
Gerekli: Belirtilen dış sıcaklıkta dağıtım ısıtma şebekesindeki bir kazayı ortadan kaldırmak için izin verilen süreyi belirleyin ve mevcut durumu değerlendirin.
Çözüm: 1. Tabloya göre. 3. madde 2'ye göre orta kat için binanın birikim katsayısını belirliyoruz: 40 saate eşittir.
2. Tabloya göre. Şekil 2'de 40 saatlik birikim katsayısına sahip bir bina için -20 °C dış hava sıcaklığında sıcaklık düşüş hızını (°C/saat) buluyoruz: 1,1 °C/saat'e eşittir.
3. Dairelerdeki sıcaklığın 20 °C'den 8 °C'ye düşmesi için gereken süreyi belirliyoruz; bu süre sonunda bodrumlarda ve merdivenlerde borulardaki soğutucunun donması meydana gelebilir: (20 - 8): 1,1 = 10,9 saat ≈ 11 saat.
4. Tabloya göre. Şekil 1'de 300 mm çapındaki bir ısıtma şebekesi için kazayı ortadan kaldırma süresinin 5 ila 10 saat arasında olduğunu görüyoruz (kaza yerini tespit etme süresi hariç).
5. Durumu değerlendirmek için aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:
5.1. Kazayı ortadan kaldırma süresi 10 saate kadar kabul edilebilir ve acil servisin çalışması iyi organize edilmişse, mikro bölgeye ısı temini artacağından ısıtma sisteminin ve belirtilen konut binasının diğer sistemlerinin boşaltılmasına gerek kalmayacaktır. restore edilecek.
5.2. Acil servisin yokluğunda veya ısıtma şebekesindeki acil hasarı tespit etmek ve ortadan kaldırmak için kötü iş organizasyonu olması durumunda, konut ve toplumsal hizmetler personeli, 10 saat içinde yalnızca belirtilen konutun ısıtma sistemlerini, sıcak ve soğuk su beslemesini boşaltmak zorundadır. Binanın yanı sıra diğer tüm bağlantısı kesilmiş ev ve binaların ve daha sonra ısıtma şebekesinin, merkezi ısıtma trafo merkezinin ve elektrik trafo merkezinin bağlantısı kesilmiş bir bölümü, bunların donmasını ve zincirleme, çığ benzeri kazaların gelişmesini önlemek için ciddi sonuçlara neden olabilir. sonuçlar. Stroitelnaya Gazeta'ya göre (No. 49, 50/2003), 1 Ocak 2003'te köyde. Arkul, Nolinsky bölgesi, Kirov bölgesi. Bir ağacın yüksek gerilim hattına düşmesi sonucu kazan daireleri de dahil olmak üzere köyün elektrik kesintisi meydana geldi. Trajik bir tesadüf eseri, kazan dairelerindeki sirkülasyon pompalarının çalışması ve köyün tüm ısıtma sistemlerindeki su sirkülasyonunun durmasıyla birlikte hava sıcaklığı -1 °C'den -24 °C'ye düştü. Acil durum planı ve personele talimat verilmemesi nedeniyle binaların kalorifer şebekesi ve ısı sistemlerinin bazı bölümlerindeki sular zamanında boşaltılamamış, kaza tüm kazan dairesi abonelerine (anaokulu, eczane, pansiyon, tıbbi laboratuvar vb.) Bütün bunlar, 14 konut binasının ısıtma şebekesinin ve ısıtma sistemlerinin donmasına yol açtı. Sonuç olarak, restorasyonu 690 bin rubleye mal olan mülk hasar gördü ve tahrip edildi ve köyün belediye konut ve toplumsal hizmetler müdürü A.G. Sorokin, Ceza Kanunu'nun 168. Maddesi 1. Kısmı uyarınca başka birinin malına büyük çapta zarar verilmesi, ihmal nedeniyle işlenen bir suçtan dolayı yargılandı ve para cezasına çarptırıldı. Güç kaynağıyla ilgili acil durum ancak 20 saat 30 dakika sonra ortadan kaldırıldı.
Bunu yapmak için, önceden hazırlanmış ve üzerinde anlaşmaya varılmış bir acil durum müdahale planı ve bunun nasıl uygulanacağına ilişkin personele yönelik talimatlar bulunmalıdır.
Termokimyasal ısı birikimi, tersinir kimyasal reaksiyonların bağ enerjisinin kullanılmasına dayanır.
|
kimyasal birikim
|
(bazen termokimyasal birikimin tanımı aynı zamanda sorpsiyon ısısının birikimini de içerir). Reaksiyon katalizörle veya katalizörsüz gerçekleşebilir. Reaksiyon ürünleri ayrılmalı ve ayrı olarak saklanmalıdır.
Masada Tablo 2.4 termokimyasal birikim için önerilen bazı reaksiyonları göstermektedir. Şarj reaksiyonları soldan sağa doğru ilerler. Reaksiyonun ısısı, reaktiflerin toplam kütlesinin 1 kg'ı olarak ifade edilir. Reaksiyon sıcaklığı, reaksiyon katsayısının bire eşit olduğu duruma karşılık gelen "tersine çevrilebilir sıcaklık" olarak adlandırılır. Pro-
Reaksiyon ürünleri gaz halindedir. Reaksiyon ürünlerinden en az birinin sıvı halde depolanması durumunda depolanan enerjinin yoğunluğu arttırılabilir. Bununla birlikte, yoğuşma (şarj) sırasında, genellikle kullanılmayan ve depolama verimliliğini azaltan buharlaşma ısısı açığa çıkar.
Gaz türbinli gelecek vaat eden güneş enerjisi santralleri için S03 ayrışmasının kullanılması önerilmiştir. Bu durumda depolanan enerji yoğunluğu, yüksek oksijen depolama basınçlarına rağmen oldukça kabul edilebilir düzeydedir. Şarj işlemi sırasında üretilen SO2'nin boş S03 depolama tankına pompalanması durumunda performans daha da artırılır (Şekil 2.9.6'ya benzer). Ancak katalizörün ve yapısal malzemelerin hizmet ömrü ile ilgili sorunlar çözüm beklemektedir.
Gelecekteki yüksek sıcaklıkta helyum soğutmalı reaktörlerden ısıyı depolamak ve aktarmak için metan ve su buharı arasındaki bir reaksiyon önerildi. Eğer sadece ısı depolamanın amacını göz önünde bulundurursak bu reaksiyon pek umut verici değildir, çünkü reaksiyon ürünleri gaz halindedir ve bunun sonucunda depolanan enerji yoğunluğu düşüktür.
NH4HSO4'ün ayrışması, tüm ürünler sıvı halde depolanabildiğinden çok yüksek bir enerji yoğunluğu sağlar. Bu tuzun erime noktası düşüktür (144°C); nispeten ucuzdur ve reaksiyon ürünleri NH3, S03 ve H20 kolaylıkla ayrılır, yoğunlaştırılır, depolanır ve buharlaştırılır. Bu termokimyasal depolama şeması ilginç olmasına rağmen gelişimi henüz tamamlanmamıştır.
Günümüzde enerjinin en önemli özelliklerinden biri enerji tüketimindeki dengesizliğin giderek artmasıdır. Bu durum, yüksek yakıt maliyetiyle birleştiğinde, hem Rusya'daki hem de yurtdışındaki enerji mühendislerini, elektrik ve termal yük programlarının değişken kısmını karşılamak için yeni fırsatlar aramaya zorluyor.
D Güç sistemindeki yüklerde kısa süreli bir artış sağlamak için termal, pnömatik, hidrolik, elektromekanik ve diğer enerji depolama türleri kullanılabilir. Örneğin, basınçlı havanın yeraltında depolanmasına ilişkin ilk deneyimin çok başarılı olduğu ortaya çıktı. Pek çok ülkede pompa depolamalı enerji santralleri endüstriyel ölçekte kullanılmakta olup, güç sistemlerinde yükün az olduğu dönemlerde termik santrallerden ve nükleer santrallerden enerji tüketmekte, pik yük saatlerinde ise elektrik üretmektedir.
Isı tedariği alanında, hangi ısı depolama tesislerinin giderek daha fazla kullanıldığını kapsayan yük programında da önemli günlük ve mevsimsel dalgalanmalar vardır.
Isı depolama üniteleri
Seksiyonel tanklar, kaynaklı tanklar, betonarme yer üstü ve yer altı yapıları çoğunlukla kurulumlarda gün içi yük programlarının yumuşatılması amacıyla çalışma tankları olarak kullanılır. Mevsimsel yük dalgalanmalarını karşılamak için yalnızca yapay rezervuarlar değil, aynı zamanda atık madenleri veya su geçirmez topraklardaki çeşitli doğal boşluklar da sıklıkla kullanılır.
Isı yükünü üstlenen küçük termal akümülatörler, elektrik yükünün günlük zirveleri sırasında termik santrallerde ısıtma buharı çıkışının kapatılmasını mümkün kılar. Bazı durumlarda, ısı yükünde kısa süreli bir artışla birlikte, piller kazan dairesinin en yoğun şekilde çalıştırılmasını önlemeyi ve böylece fosil yakıt tasarrufu sağlamayı mümkün kılar.
Isıyı biriktirmek için, yeterince yüksek ısı kapasitesine veya iyi ısı iletkenliğine sahip yüksek füzyon ısısına sahip toksik olmayan herhangi bir maddeyi (örneğin, erimiş veya ötektik durumdaki tuzlar) kullanabilirsiniz. Ancak su çoğunlukla ısıyı biriktirmek için kullanılır.
Isı depolama tesislerinin yaygın olarak kullanıma sunulması, bu tesislerin yüksek maliyeti nedeniyle engellenmektedir.
Rasyonel ısı birikimi
Isı yalıtımlı toprak havuzlar şeklindeki ısı akümülatörlerinin maksimum spesifik maliyete sahip olduğunu gösteren ekonomik hesaplamalar yapıldı. Kural olarak küçük bir hacme sahip olan ve bu nedenle gün içi düzenleme için daha sık kullanılan çelik depolama tankları biraz daha ucuzdur.
Mevsimsel düzenleme sağlayan büyük ısı akümülatörleri oluşturmak için yapay yeraltı boşluklarının kullanılması daha ekonomiktir: 100 bin m3'ten fazla kapasiteye sahip spesifik maliyetleri, çelik ısı akümülatörlerininkinden önemli ölçüde daha azdır. Yeraltı akiferleri kullanıldığında ısı birikiminin spesifik maliyeti daha da düşüktür. Bu nispeten yeni birikim yöntemi oldukça umut verici görünmektedir, çünkü akiferler oldukça yaygındır, doğal oluşumlardır ve bu nedenle bu tür akümülatörlerin oluşturulmasında pratik olarak tek sermaye harcaması türü, yeraltı sularına erişim sağlamak için kuyu açma maliyeti olacaktır. ufuk. Bu yöntemin önemli bir avantajı, bu durumda ısının sadece su hacminde değil aynı zamanda akiferin kayasında da birikmesidir. Doğal akü yıpranmaz, bakım veya onarım gerektirmez ve kullanım ömrü neredeyse sınırsızdır.
Birçok ülkede enerji çalışanları bu soruna ilgi gösteriyor. Örneğin İsviçre'de, Uluslararası Enerji Ajansı'nın desteğiyle, 36 m'ye kadar derinliğe sahip bir akifer kullanılarak bir ısı akümülatörü inşa edildi, 7 ila 24 m derinliğe sahip merkezi kuyuya ek olarak, radyal borular içinden sıcak suyun pompalandığı ve çekildiği tesis edildi. Plan, güneş enerjisi veya atık ısı (su sıcaklığı 30 ila 100 ° C arasında) biriktirme olasılığını üstlendi. Biriken enerjinin tüketicileri konut binalarındaki ısıtma, sıcak su temini ve iklimlendirme sistemleriydi.
İlk sıcak su enjeksiyonu geçen yüzyılın sonunda Temmuz ayında, 30-55 °C sıcaklıktaki ılık suyun çekilmesi ise bir sonraki yılın Ocak ayında gerçekleşti. İlk döngüde bu akümülatörün verimliliği %35 idi ancak sonraki döngülerde akiferde yaklaşık 1290 Gcal biriktirmek (yaklaşık 0,43 Gcal/saat güçle) ve buradan 645 Gcal çıkarmak (daha yüksek bir güçle) mümkün oldu. ortalama güç 0,258 Gcal/saat).
Fransa'da aynı yıllarda, yaklaşık 50 m derinlikte bulunan bir akifere 100-180 °C sıcaklıkta su pompalanarak mevsimsel ısı birikiminin etkinliğini değerlendirmek için deneysel çalışmalar yapıldı. ısı kayıplarının kaydedilmesinin yanı sıra birikimin çevre üzerindeki etkisi. Bu deneyin sonuçlarına dayanarak, daha fazla araştırma için talimatlar ve olası uygulama hacimleri seçildi.
Akiferlerde ısı depolama beklentileri
Gelecek vaat eden bir yön, akiferlerdeki ısı birikiminin ısı pompalarının kullanımıyla birleşimidir. Hesaplamalar, bu kombinasyonun ısıtma sistemlerinin (kışın) ve iklimlendirmenin (yaz aylarında) verimliliğini önemli ölçüde artırdığını göstermektedir (Şekil 1).
Pirinç. 1. Isı pompalarıyla akiferlerde ısı depolama
Belirli iklim koşullarında, bu durumda ısı birikimi (Şekil 2), enerji dönüşüm katsayısını önemli ölçüde artırabilir ve konut ve endüstriyel tesislerin ısıtılması ve soğutulması için harcanan birincil enerjinin% 50'sine kadar tasarruf sağlayabilir.
Pirinç. 2. Akiferlerdeki ısı depolama sistemleri için ısı pompaları
Güneş enerjisi santralleri kullanılarak akiferlerde ısının birikmesi büyük ilgi görmektedir. Günün saatine, mevsime veya hava koşullarına bağlı olarak güneş ışınımının tekdüzeliğinin, yedek bir ısı tedarik sisteminin veya büyük ve pahalı ısı akümülatörlerinin kullanılmasını gerektirdiği açıktır. Münih'te termal enerji birikimi sorunları üzerine düzenlenen bir seminerde Alman uzmanlar şu rakamları sundu: Isı depolaması olmayan bir güneş enerjisi termal kurulumu, Federal Almanya Cumhuriyeti koşullarında, hizmet verdiği evlerin ihtiyaçlarının yalnızca %10'unu karşılayabilir. 150 m3 kapasiteli merkezi ısı akümülatörü ile birlikte ısı borulu 2000 m2 alana sahip düz bir güneş enerjisi alıcısı (Şekil 3) olsaydı, ısı ihtiyacının zaten% 25'ini karşılamak mümkün olurdu. 250 adet tek aileli kır evi. Bu ihtiyaçların %70-90'ını karşılamak için güneş enerjisi termal tesisatının, ısıtma şebekesine bağlanan mevsimsel bir ısı akümülatörü ile desteklenmesi gerekir. Akiferlerin bu amaçlarla kullanılması sorunu minimum sermaye maliyetiyle çözecektir.
Pirinç. 3. Güneş alıcısı
Yeni ısı biriktirme yönteminin gelecek vaat eden uygulama alanları sıcak su temini, seraların ısıtılması vb.'dir. Akiferlerde proses buharı elde edilmesi gerekiyorsa, atmosferik basıncın üzerindeki basınç altında sıcak su biriktirmek mümkündür; buhar üretmek için ısı eşanjörlerinde kullanılmasına izin verin.
Isı pompası kullanan ısıtma ve soğutma sistemleri birçok Avrupa ülkesinde büyük ilgi görmektedir. Bir akiferden ısı çıkarmak veya termal enerjiyi ona aktarmak için tasarlanan ana cihaz bir ısı pompasıdır. 1,75 ila 7034 kW veya 0,5 ila 2000 ton (1 ton soğutma, soğutma kapasitesinin bir birimidir) kapasiteli sudan düşük dereceli ısı seçimi ile çok çeşitli ısı pompalarının seri üretimine başlanmıştır. Birleşik Krallık'ta 13,9 MJ/saat'e (3,86 kW), ABD'de ise 12,7 MJ/saat'e (3,53 kW) karşılık gelir.
Uygulama seçenekleri
Önerilen ısı pompası kurulumları için ana seçenekler (Şekil 4)'te gösterilmektedir. Müstakil evlerde küçük bağımsız ısı pompaları kullanılabilir. Daha büyük binalarda, büyük bir odaya veya küçük bireysel odalara hizmet veren kapsamlı bir ısı pompası sistemi oluşturulabilir. Yüksek katlı bir binada, herhangi bir binayı ısıtmak ve soğutmak için merkezi bir ısı pompası kurulması tavsiye edilir. Şehrin bir yerleşim veya iş bölgesinde, konut binalarının, kurumların ve işletmelerin ısıtılması ve iklimlendirilmesi için merkezi bir ısı pompası ünitesi de kurabilirsiniz. Isı pompası, yeraltı suyunda depolanan enerjinin kalitesini artırır ve kullanımını daha verimli hale getirir.
Pirinç. 4. Isı pompaları kullanılarak akiferde ısı birikimi: 1 - çok katlı binalarda büyük merkezi ısı pompası kurulumları; 2 - çok katlı binalarda küçük merkezi olmayan (iç mekan) ısı pompaları; 3 - bireysel konut binalarında küçük bireysel ısı pompaları; 4 - soğuk kuyu; 5 - derin pompa; 6 - sıcaklık cephesinin hareketi; 7 - sıcak kuyu; 8 - iki borulu dağıtım sistemi
Sistemin kısa açıklaması
Aşağıda tartışılan ısı pompası sistemi, bireysel ısı pompası ünitelerinin performansını artırmak için ısı depolamaya dayanmaktadır. Sistem, klimanın ürettiği ısıyı depolar ve daha sonra bunu ısıtma için kullanır. Sonuç olarak, ısıtma sırasında termal enerji kaynağı, soğutma sırasında ise soğutucu görevi görür.
Büyük kapasiteli depolama sistemi akiferde doğanın kendisi tarafından yaratılmıştır. Bu sisteme erişim iki kuyu aracılığıyla sağlanmaktadır. Isıtma gerekiyorsa, ılık su (temel sistem için 27°C) akiferden alınır ve sıcaklığı 49°C'ye yükseltilir. Isıyı çevredeki havaya bırakma sürecinde su 16 ° C'ye kadar soğur ve ikinci kuyudan ufka geri döndürülür. Sıcaklık cephesi her iki kuyu arasındaki akifer boyunca hareket eder. Çıkarılan ve enjekte edilen su miktarı aynıdır; net yeraltı suyu akışı sıfırdır.
Soğutma için su kullanıldığında tüm süreç tersine gerçekleşir. Akifer oluşumundan 16°C'deki soğuk su pompalanır ve ısıyı emerek iklimlendirme sağlar. 27 °C sıcaklıktaki ılık su ufka geri pompalanıyor. Alan ısıtmada olduğu gibi net su tüketimi sıfırdır. Bu işlem sırasında sıcaklık cephesi kuyucuklar arasında ters yönde hareket eder.
Isı pompası üniteleri ve termal enerji depolama sistemi birbirine iki borulu su dağıtım sistemi kullanılarak bağlanmaktadır. Bir hattan sıcak su, diğerinden ise soğuk su akıyor. Isı pompası ünitesi, ısıtmaya ihtiyaç duyulduğunda suyu sıcak su hattından alır ve su ısısını verdikten sonra soğuk su hattına deşarj eder. Isıtma ve soğutma aynı anda gerçekleşebilir. Her iki kuyuda bulunan pompalar, ilgili ana boru hatlarının sıcak ve soğuk suyla sürekli doldurulmasını sağlar. Depolama için yerel akiferler kullanıldığı için boru hatlarının uzunluğu kısadır. Borular bir hendeğe döşendiğinden ve sıcaklıkları toprağın sıcaklığından çok az farklı olduğundan ısı yalıtımına gerek yoktur. Boru hatlarının maliyetini ve kurulumunu azaltmak için çoğu durumda polivinil klorür boruların kullanılması tavsiye edilir (Şekil 5). Çelik ve dökme demir borular yalnızca genellikle büyük kentsel alanlara hizmet verirken ortaya çıkan çok yüksek akışlı uygulamalar için kullanılmalıdır.
Pirinç. 5. PVC borular
Isı pompaları kullanılarak etkin bir depolama sistemi oluşturulabilmesi için bu sistemin ortak hale getirilmesi gerekmektedir. Daha sonra iki kuyu inşa etmenin maliyeti birkaç tüketici arasında dağıtılacak. Teknik nedenlerden dolayı, gerekli enerji depolama ölçeğini garanti etmek için termal enerji depolama sisteminin izin verilen minimum kapasiteden daha yüksek bir kapasiteye sahip olması gerekir. Sistemin yönetimi, sistemin geliştirilmesini, inşasını, bakımını sağlayacak ve kontrolünü sağlayacak yerel bir kuruluşa emanet edilmelidir.
Isı pompası üniteleri, küçük bir ısı pompasından (müstakil bir ev veya büyük bir binadaki bir daire için) büyük merkezi ünitelere (çok katlı bir binaya hizmet vermek için) kadar değişebilir. Odaların eş zamanlı ısıtılması ve soğutulması için, suyun kuyularda ve akiferde dolaşmaması için üniteler arasında sıcak ve soğuk su değişimi oluşturmak mümkündür. İki kuyu veya bir grup eşleştirilmiş kuyu, termal enerji akümülatörü olarak akiferli bir sistem ve belediye ısıtma ve soğutma sisteminin belirli bir bölümünde yer alan ısı pompaları birlikte modül adı verilen bir yapı oluşturur. Modülleri birbirine bağlayarak güvenilirliği artırabilir ve bir bütün olarak tüm sistemin boyutunu artırabilirsiniz; Sonuç olarak inşaat ve bakım maliyetleri azalır ve sistemin işletilmesinde görev alan kişi sayısı azaltılabilir. Örneğin, arızalı bir pompa herhangi bir uygun zamanda onarılabilir ve başka bir modülün pompası ek yükü üstlenebileceğinden arıza anında hemen olması gerekmez. Bir yerleşim bölgesinin nüfusuna ait ısı pompası tesisatlarının ağını sistematik olarak genişletmek amacıyla modüller sisteme tek tek bağlanabilmektedir.
Sistem, kıt yakıtlarla değil, toz kömür, akaryakıt, gazlı termik santrallerin yanı sıra nükleer ve hidrolik istasyonlardan sağlanan elektrikle çalışıyor. Atık ısı kaynağı varsa, sudan düşük dereceli ısı çeken, jeneratör ısıtmasıyla absorpsiyon döngüsünde çalışan bir ısı pompası sisteme dahil edilebilir.
Önerilen tasarım, yeterince yüksek su verimine sahip olması durumunda, akiferden küçük bir mesafede bulunan herhangi bir ısıtma ve soğutma sisteminde kullanılabilir. Bunlar, Amerika Birleşik Devletleri kıtasının %60'ını oluşturan ve ülkenin tüm nüfusunun %75'ine eşit nüfusa sahip bir bölgede mevcut olan koşullardır. Birikmeye uygun akiferlerin üzerinde iş ve alışveriş merkezleri ile büyük yerleşim alanları bulunmaktadır. Nüfus yoğunluğu ne kadar yüksek olursa, bu tür sistemlerin inşası o kadar karlı olur. Tüm yıl boyunca havanın sıcak olduğu Florida'nın güneyi ve Kaliforniya'nın belirli bölgeleri dışında her yerde sistem, özellikle enerji maliyetlerindeki sürekli artış dikkate alındığında, soğutma sıvısı maliyetinden önemli miktarda tasarruf sağlayacaktır. Mevcut teknoloji seviyesiyle bile bu tür sistemler önümüzdeki yıllarda Amerika Birleşik Devletleri'nde 72 milyon haneyi ve 14,6 milyon işletmeyi kapsayabilir.
Batı Avrupa ülkelerinde şu durum gelişti: 2015 yılında Belçika'da yaklaşık 1.130 bu tür sistem faaliyetteydi; Hollanda'da sayıları 2012'de 2.000'den 2015'te 2.500'e çıktı.
Uluslararası Enerji Ajansı'na (IEA) göre, 2005 yılında ısı pompaları kullanan akifer termal depolama sistemlerinin kurulumunun maliyeti, 2030 yılına kadar %15'lik bir düşüşle 1 kWh başına 200 ila 1150 euro arasında değişiyordu. Büyük bir sistem (700 kWh) için 2012 Terra Energy raporu, kurulum maliyetinin 1 kWh başına 1.179 Euro olduğunu ve dinamik geri ödeme süresinin 7,5 yıl olduğunu gösterdi.
"Aqua-Term" dergisinden makale, No. 3 /2016. Kategori "Isıtma ve sıcak su temini"
Belli bir değeri vardır ve ve'ye bağlıdır.
Değişen doğruluklarla, listelenen tüm parametreleri bilerek, herhangi bir güneş kollektörünün rastgele bir zaman dilimi için beklenen performansını (birim zaman başına kWh) hesaplayabiliriz. burada, Tahmini süre ne kadar uzun olursa performans hesaplamaları o kadar doğru olur.
Böylece toplam yıllık değere sahip olarak rezervuarın öngörülen yıllık verimliliğini nispeten doğru bir şekilde hesaplamak mümkündür. Ancak yılın belirli günleri veya saatleri için böyle bir tahmin hesaplamak neredeyse imkansızdır. Bu, güneş enerjisi sistemlerini diğer ısı üreticilerinden (kazanlar, ısı pompaları vb.) ayırır.
Isı üretimi tüketim programıyla örtüşmüyor
Evsel sektör için güneş enerjisi sisteminin özelliklerinden biri, tüketiciye kısa sürede termal enerji sağlayabilen kazanlardan farklı olarak güneş kolektörlerinin gün ışığı boyunca ısı üretmesidir. Bu nedenle termal enerjinin üretim ve tüketim zamanları çakışmamaktadır. Bu grafikte görülebilir.
Güneş kollektörlerini kullanırken termal enerji üretim ve tüketim programı
Bu özellikler şunu gösteriyor Güneş sisteminin en iyi şekilde çalışması için termal enerjinin biriktirilmesi gerekir.. Bu amaçlar için kural olarak kullanırlar. Hacimleri, alınan güneş enerjisini günde depolamak için yeterli olmalıdır. Bu durumda günlük termal enerji birikiminden bahsediyoruz.
Su çoğunlukla termal enerji biriktirmek için kullanılır
Su, c = 4,187 (kJ/kg K) veya c = 1,1163 (Wh/kg K) yüksek termal iletkenlik değerlerine sahip, yaygın olarak bulunan ve verimli bir soğutucudur; ikinci değer, ısıtma ekipmanı hesaplamalarında daha sık kullanılır. Isı depolama kapasitesi hesaplamaları hem sıcak su temin sistemleri hem de ısıtma sistemleri için aynıdır.
Günlük termal enerji birikiminin yanı sıra daha uzun süreli ısı birikimi de uygulamak mümkündür. Bu tür sistemlere mevsimsel termal enerji depolama sistemleri adı verilmektedir. Bu tür projelerin uygulanabilmesi için akümülatör tanklarının, ısıtıldığı süre boyunca tüketilecek olan ısının uçuş süresi boyunca biriktirilebilmesi için önemli hacimlere sahip olması gerekmektedir.
Akü tankının hacmi her zaman kritik değildir. Belirleyici parametre ısı kapasitesidir. Su için ısı kapasitesi termofiziksel özelliklerle sınırlıdır. Atmosfer basıncında suyu 95°C'ye kadar ısıtabiliriz, bu nedenle ısıyı kullandıktan sonra su sıcaklığının nihai değerinin 45°C olması koşuluyla 60 W/kg'dan (w=1.1163·(95) fazla bir değer elde edemeyiz. -45) )=58,15 W/kg).
Alternatif ısı depolama yöntemleri
Bazen pilin termal kapasitesini arttırmak için başka türde birikmiş ortamlar (beton, çakıl taşları, metal vb.) Kullanılır. Eşit hacimde bu maddeler daha düşük ısı iletkenliğine sahiptir, ancak daha yüksek sıcaklıklara ısıtılabilirler, bu da pilin ısı kapasitesini artırır. Çok yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında 400 W/kg’a kadar ısı kapasitesi değerlerine ulaşılabilir.
Ancak güneş enerjisi sistemlerinde kullanım için ısı akümülatörünün ısıtma sıcaklığı, güneş kolektörlerinin maksimum ısıtma sıcaklığı ile sınırlıdır. Ayrıca, depolama ortamının yüksek sıcaklıkta depolanması ısı kayıplarını artırır, bu nedenle kural olarak pil nispeten düşük sıcaklıklarda (95°C'ye kadar) şarj edilir ve düşük potansiyelli bir ısıtma sistemiyle (sıcak zeminler, fancoil üniteleri) kullanılır. ).
Bazı malzemelerin füzyon ısısı da etkili bir şekilde biriktirilebilir. Bu tür ısı akümülatörleri için parafin, kostik soda vb. Kullanılır. Erime sırasında faz geçişi sırasında ısı kapasitesi değeri şu şekilde hesaplanır:
W = m, burada
- W - birikmiş enerji J;
- m, biriken maddenin kg kütlesidir;
- ct - katı haldeki spesifik ısı kapasitesi J / (kg K);
- cs - sıvı haldeki spesifik ısı kapasitesi J / (kg K);
- C - füzyon ısısı J/kg;
- ϑ1 - başlangıç sıcaklığı °C;
- ϑs - erime sıcaklığı °C;
- ϑ2 - ısıtma sıcaklığı °C;
Eşit olmayan sıcak su tüketimi, istasyondan ısı beslemesinde veya tüketim noktasında buna karşılık gelen hazırlıkta eşzamanlı bir değişiklik gerektirir. Sıcak su temini ve tüketimi için ısı üretiminin tam olarak eşleştirilmesinin imkansızlığı nedeniyle, istasyonda aşırı ısı hazırlama ekipmanı rezervlerinin oluşturulmasını gerektiren ısıtma ve havalandırma rejimlerinin sürekli ihlali söz konusudur.
Pirinç. 3.10. Sıcak su temini için ısı tüketimi çizelgeleri:
A- Günlük ödenek; B– integral; 1 – günün saatine göre ısı tüketimindeki değişim; 2 – günlük ortalama saatlik ısı tüketimi; 3 – gerçek ısı tüketimi; 4 – açığa çıkan ısı
Sıcak su akümülatörlerinin takılması, istasyon su ısıtıcılarının yükünün eşitlenmesini mümkün kılar ve böylece termal istasyondaki en yüksek güç rezervini azaltır, bu da ısıtma ve havalandırma için ısı tüketiminin daha az yanlış hizalanmasıyla sonuçlanır. Kullanıcı girişlerinde bulunan akümülatörler, minimum ve maksimum su çekimlerinde sıcak su sıcaklığındaki dalgalanmaların ortadan kaldırılmasına ve lokal ısıtıcıların hesaplanan ısıtma kapasitesinin azaltılmasına olanak sağlar.
Pil kapasitesi, belirli bir günlük ısı tüketimine göre oluşturulan integral bir grafik kullanılarak belirlenir (Şekil 3.10). İntegral bir grafik oluşturmak için günlük grafikten saatlik ısı tüketiminin çarpımını belirlemek gerekir. Soru ben uygun süreye göre n benısı kullanımı. Zaman içindeki ısı tüketimini temsil eden sonuçta ortaya çıkan ürün n ben, integral grafiğinde aynı süre sonunda ordinat üzerinde çizilir. Sonraki ısı tüketimi değerleri Q i n ben sonraki dönemler için n benİntegral grafiğindekiler öncekilerle toplanır. Sonuç, gerçek ısı tüketiminin kesikli çizgisi 3'tür; bu grafiğin her koordinatı, tüketimin başlangıcından söz konusu ana kadar olan toplam ısı tüketimini ifade eder. Günün sonundaki gerçek ısı tüketimi grafiğinin koordinatı, günlük ısı tüketimini gösterir.
Isı, ısıtma şebekelerinden eşit ve sürekli olarak sağlandığı için, tüketiciye sağlanan ısının grafiği düz bir çizgi 4 ile ifade edilir. Sağlanan ısı grafiğinin eğiminin tanjantı, sayısal olarak günlük ortalama saatlik ısı tüketimine eşittir.
. (3.1)
Hat 3'ün bölümlerinin hat 4'e göre daha küçük eğimi, ağlardan gelen ısı beslemesinin gerçek tüketimi aştığı ve bunun tersine, hat 3'ün bölümlerinin daha büyük eğimi ile gerçek ısı tüketiminin ısıtmadan gelen beslemeyi aştığı anlamına gelir. Pillerin yokluğunda kabul edilemez olan ağlar. 3. ve 4. hatların koordinatlarındaki fark, ısıtma ağlarından gelen ve aküde birikmiş olabilecek kullanılmayan ısı miktarını gösterir. Kullanılmayan ısı birikirse, her an ısı alımı ve tüketimi grafiklerinin koordinatlarındaki fark, akümülatörde bir ısı rezervinin varlığını gösterir. Ordinat Q maksimum niceliksel olarak en büyük ısı rezervini ifade eder.
Aküde gerekli ısı rezervi belirlenirken formül (3.1) kullanılarak bulunan ortalama saatlik ısı tüketimi kW'dan az olmamalıdır.
, (3.2)
Nerede G ve– en fazla su tüketiminin olduğu gün başına sıcak su tüketimi, m3 /gün; R– suyun yoğunluğu, kg/m3; İle– suyun ısı kapasitesi, kJ/(kg×°C); t g– sıcak su tedarik boru hatlarındaki sıcak suyun ortalama sıcaklığı; T– günlük sıcak su tüketim süresi, h; Q vb.– besleme ve sirkülasyon boru hatlarındaki ısı kayıpları, kW.
En çok su tüketiminin olduğu gün için sıcak su tüketimi şu formülle bulunur:
, (3.3)
Nerede g ve– en fazla su tüketiminin olduğu gün başına sıcak su tüketim oranı, l/gün; M– bir bina veya bina grubundaki tüketicilerin (sakinlerin) sayısı.
Konutlar, yurtlar, oteller, sanatoryumlar, hastaneler, okullar ve çocuk bakım kurumları için günlük sıcak su tüketim süresi 24 saat, diğer kamu binaları için bu süre kişi başı çalışma saati sayısına eşit olarak alınır. gün, ancak 10 saatten az olmamak üzere ve varsa piller – pilin şarj edildiği saat sayısına göre. Sanayi işletmelerinin yardımcı binaları için sıcak su tüketim süresi, vardiya başına akü şarj süresine eşit olmalıdır.
Sıcak su temini için günlük ısı tüketimi grafiklerinin yokluğunda, referans literatürde çeşitli tüketici kategorileri için verilen boyutsuz günlük grafikler kullanılarak integral bir grafik oluşturulabilir. Boyutsuz grafiklerde, ısı tüketiminin %100'ünün ordinatı, formül (3.2) ile belirlenen ortalama saatlik ısı tüketimine karşılık gelir.
Pillerin kullanılması, ısıtma ağlarından ısı tüketim süresini azaltabilir. Isıtma ağlarının kapanma anı ve süresi, integral grafiğinin çizgilerindeki kesintilerin niteliğine bağlı olarak seçilir. Örneğin, Şekil 2'deki integral grafikleri için. 3.11 ağ kapatma süresinin bir süreliğine seçilmesi tavsiye edilir N 1 ve N 2. Isıtma şebekelerinden ısı temininin kesildiği dönemde sıcak su temini sadece aküden üretilir. Şebekenin kapanma süresi, günün başındaki ve sonundaki ısı rezervi aynı olacak şekilde seçilir.
Pirinç. 3.11. Isı depolama seçenekleri:
1 – gerçek ısı tüketimi; 2 – ısıtma ağlarından ısı temini;
N 1 ve N 2 – ısıtma ağlarının kapanma süresi; N– pil şarj süresi
Sıcak su kullanıldığı süre boyunca akümülatördeki ısı rezervi maksimumdan değişir. Q m baltası minimuma Q dk. değerler. Sabit sıcaklıkta değişken hacimli su ile ısı biriktirilirse, gerekli akümülatör kapasitesi m3 ifadeden bulunur.
, (3.4)
Nerede Q m baltası– ısı rezervi, kWh.
Sıcaklığındaki değişiklikler nedeniyle sabit bir su hacminde ısı birikirse, pil kapasitesi formülle belirlenir.
, (3.5)
Nerede maksimum Ve dakika– maksimum ve minimum sıcak su sıcaklıkları, °C.
Sabit hacimli bir akümülatörde suyun ısınması arttırılarak ısı biriktirilir. Sonuç olarak, integral grafikteki (Şekil 3.11) akümülatördeki daha büyük ve daha az ısı rezervi, maksimum ve minimum su sıcaklıklarına karşılık gelir. Aküdeki en yüksek su sıcaklığı 75 °C'yi geçmemeli, en düşük sıcaklık ise 40 °C'nin altında olmamalıdır.
Konut ve kamu binalarında otomatik sıcak su temin sistemleri ve endüstriyel binalarda duş ağları (en fazla on tane) varsa, pillerin kullanılması gerekli değildir.
Yükleniyor...
