1 стр. из 1

РИС. 1. СХЕМА ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ     1 — СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ; 2 — ОТРАЖАЮЩАЯ ПОВЕРХНОСТЬ; 3 — ИСПАРИТЕЛЬ; 4 - ВЕНТИЛЬ; 5 — КОНДЕНСАТОР; 6 — ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ; 7 — ВОЗДУХОВОД; 8 — КОТЛОВАН СО ЛЬДОМ; 9,11 — ТЕПЛОВЫЕ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ТРУБЫ; 10 — ХЛАДОМЕТ; 12 — ГРУНТ; 13 — СОЛНЕЧНЫЙ СОЛЯНОЙ ПРУД; 14 — ВОДОПРОВОД

Вероятно, наступило осознание того факта, что системы жизнеобеспечения жилья при эксплуатации стационарных энергогенерирующих установок до сих пор базируются в основном на технологиях первой половины прошлого века, на технологиях интенсивного производства средств производства, а их использование кратчайшим путем ведет Россию к истощению энергоресурсов.
Никакая административная (структурная) реформа в энергетике, базирующейся на использовании преимущественно органического топлива, не даст кардинального улучшения гарантированного энергообеспечения россиян, т.к. существующие технологии обеспечивают только надлежащее производство огромного количества теплоты и электроэнергии, но не в состоянии надежно и без шокирующих потерь доставить их каждому потребителю, находящемуся на расстоянии всего десятков километров.
Использование, например, для отопления зимой только органического топлива (угля, мазута, газа) сегодня просто недопустимо, т. к. его запасы ограничены, а цена добычи, доставки на место сжигания и утилизации отходов из года в год только возрастает.
Необходимо, на наш взгляд, применять новые энергогенерирующие технологии, в которых энергия органического топлива используется как первичное средство, рычаг для извлечения еще большего количества энергии из окружающей нас природной среды, например, воды, земли, а так же «бросовой» низкопотенциальной теплоты промышленных, бытовых стоков и воздуха.
Исходя из результатов ведущихся с 1994 г. работ, считаем, что реформы в сфере обеспечения населения теплом должны начинаться с применения новых технологий. Это неизбежно приведет и к декларируемой структурной реформе, и к реальной конкуренции.
Истинное энергосбережение становится возможным только при применении нетрадиционных вариантов энергосбережения, в основу которых положено:
• изменение принципов, последовательности и ограничение количества технологических переделов, которым подвергается преобразуемая энергия на пути к потребителю;
• использование тепловых приводов;
• использование перепада температур (как существующего в природе, так и созданного искусственно);
• резкое ограничение рассеивания в окружающую среду низкопотенциальной теплоты. Технологические переделы, гарантирующие высокую эффективность преобразования органического топлива, — приоритетное направление в сфере энергосбережения.
Наиболее наглядным примером в этой области является технология генерирования солнечной энергии летом в искусственный холод и теплоту, а зимой — в теплоту. При этом используются: летом — разности температур (потенциалов) между двумя искусственно созданными аккумуляторами теплоты и холода, которые можно представить в виде солнечного соляного пруда, расположенного с южной стороны отдельно стоящего здания, и обыкновенного теплоизолированного котлована со льдом, расположенного с северной стороны того же здания; зимой — тепловая энергия остывающего солнечного соляного пруда и талой воды котлована.
Эффективность аккумулирования солнечной энергии, а значит, и использование солнечных соляных прудов основывается на том, что температура солнечного пруда, представляющего собой неглубокий (1,5—3 м) водный бассейн с крутым рассолом в нижнем придонном слое, под действием солнечной радиации достигает 100 °С и даже выше. Физической основой возможности получения таких высоких температур вблизи дна пруда является подавление гравитационной конвекции — всплытия нагретой вблизи дна пруда жидкости вверх под действием архимедовой силы, если плотность жидкости падает с ростом температуры. Чистая и слабосоленая (в том числе морская) вода подчиняется этому закону: по мере нагрева из-за термического расширения плотность уменьшается, нагретая вода всплывает вверх, отдавая тепло воздуху, а ее место замещает холодная. Устанавливается непрерывный процесс конвекции. В солнечном пруду такой процесс не происходит, потому что у крутосоленого рассола по мере нагрева плотность повышается из-за роста растворимости соли в воде, и этот эффект пересиливает действие расширения жидкости.
Принцип работы системы солнечного хладотеплоснабжения состоит в следующем. Теплота солнечного излучения 1 (рис. 1), аккумулируемая соляным прудом 13, по гравитационной тепловой трубе 11 подается к компрессору (хладомету) 10, где в термодинамическом цикле преобразуется в поток хладагента. Неиспользованная в цикле теплота по тепловой трубе 9 отводится в котлован 8, заполненный льдом, вызывая его таяние. Отражающие поверхности 2 обеспечивают увеличение поступления солнечной энергии в пруд, а теплоизоляционное покрытие 6 предотвращает таяние льда от наружного воздуха.
Хладомет предназначен для охлаждения замкнутых объемов посредством циркуляции хладагента по рабочему контуру компрессионной холодильной установки: конденсатор 5 — вентиль 4 — испаритель 3, в котором происходит парообразование низкокипящего рабочего тела — хладагента. Образующийся пар хладагента сжимается в хладомете с повышением температуры (зависит от степени сжатия) и затем поступает в конденсатор, отдавая теплоту в котлован со льдом. Получающийся при этом конденсат подается в вентиль, где его давление понижается, и хладагент поступает в испаритель. Цикл повторяется.
В процессе работы температура в помещении понижается, теплота выводится наружу. Грунт 12 так же аккумулирует теплоту. Вода или воздух, поступающие по водопроводу (воздуховоду) 14, нагреваются до 50—80 °С, удовлетворяя потребности в данных видах энергии в течение всего лета, до глубокой осени. Кондиционирование помещений можно осуществлять охлажденным до 5—8 °С воздухом, поступающим из воздуховода 7, расположенного во льду котлована.
Теплоснабжение зимой происходит следующим образом (рис. 2). Хладомет 10 обеспечивает обогрев помещений посредством циркуляции хладагента по рабочему контуру теплового насоса: конденсатор 3 — вентиль 4 — испаритель 5. Он работает от энергии сгорания органического топлива, обогревающего укороченную тепловую трубу 11 (конструкция топок-форсунок на рис. 2 не показана), или горячей воды центрального отопления. Неиспользованная в термодинамическом цикле хладомета теплота идет на обогрев.
В испарителе за счет талой воды 9 происходит парообразование хладагента, пар далее подогревается от теплоты грунта 12 и рассола пруда 13. Образующийся пар сжимается в хладомете с повышением температуры, затем горячий пар поступает в конденсатор, в котором он отдает теплоту фазового перехода на обогрев помещений. Конденсат хладагента поступает в вентиль, где его давление понижается, а затем — в испаритель. Цикл повторяется.
В процессе работы насоса температура воды в котловане понижается, образуется лед (котлован «готовится» к приему тепла летом), а также снижается температура грунта 12 и рассола пруда 13, обеспечивая обогрев помещений аккумулированной солнечной энергий и сбросным теплом гелиохолодильника.
Для замедления остывания зимой котлована и пруда они изолированы покрытиями 6 и 2. В условиях длительных зим и для объектов с малым объемом котлована пополнять его теплотой можно за счет отвода «отработавшего» воздуха из здания по воздуховоду 8, «подогревать» поступающий в помещения свежий воздух можно в воздуховоде 7, соединенном с системой вентиляции. Организация проветривания по такой схеме при своевременном удалении конденсата из воздуховода 8 значительно уменьшает как капитальные затраты на сооружение котлована, так и расход топлива, необходимый для приведения в работу хладомета. Обогрев помещений зимой осуществляется тепловым насосом за счет прямого солнечного излучения, поступающего через окна, а также за счет отраженного покрытием 2 солнечного излучения.
По данной технологии основной «поставщик» энергии на отопление — это замерзающая вода. Так, при разовом промерзании котлована глубиной 2 м количество выделяемой энергии составляет 668 ТДж кв. км. Если эту энергию фазового перехода равномерно использовать в течение 150 суток на отопление, то установленная мощность «водяной топки» будет равна 51,5 МВт кв. км. Это сопоставимо с плотностью энергии залежей угля в районах его добычи — 30 МВт кв. км. При этом надо учитывать, что к конечному потребителю в виде теплоты «доходит» 1/7—1/10 часть энергии залежей угля, а при использовании энергии воды, возобновляемого источника, по предлагаемой технологии будет «доходить» 7/10—9/10 теплоты фазового перехода. Средняя плотность искусственной энергии, обусловленная хозяйственной деятельностью, равна всего 0,02 МВт кв. км, т. е. в 10 000 раз меньше плотности солнечной энергии (200 МВт кв. км). И только в отдельных местах земного шара этот показатель выше: в Японии — 2 МВт кв. км, в Рурском районе ФРГ — 20 МВт кв. км.
Преимущество предлагаемого варианта теплохладоснабжения для высоких географических широт основывается на том, что за счет южной отражающей поверхности здания, направляющей в акваторию солнечного пруда десятки тысяч кВт-ч солнечной энергии, можно обеспечить эффективное самоэнергообеспечение. Отражение солнечной энергии от вертикальной поверхности, ориентированной на юг, летом максимально в высоких широтах, а с продвижением на юг оно уменьшается, и на широтах северный тропик-экватор достигает нуля и даже отрицательного значения. Солнце в это время находится над северным полушарием, отражать лучи будет освещаемая северная сторона. В высоких широтах только за счет оптимальной формы южной ограждающей конструкции здания можно добиться максимального энергообеспечения как в летний период, так и зимой при минимальных площадях пруда и котлована. Запас солнечной энергии на переходный период осень-зима будет обеспечен в безоблачные периоды «бабьего лета» и «бархатного» сезона.
Проведенные в КБАЭ «ВоДОмет» расчеты показывают, что удельные капитальные затраты (на 1 кВт установленной мощности) при сооружении системы, работающей летом в режиме гелиохолодильника, а зимой — теплового насоса, в среднем в 2—3 раза выше, чем удельные капитальные затраты, рассчитываемые по принятым методикам для традиционных электроприводных холодильных установок и малых котельных. Однако в методиках почему-то не учитываются соизмеримые удельные капитальные затраты, которые несут другие смежные отрасли и сферы народного хозяйства — дорожные и железнодорожные службы, угольные разрезы и другие поставщики топлива, «обслуживающие» эти ТЭЦ и котельные. Кроме того, мировое сообщество значительно ужесточило требование к эмиссии вредных веществ при сжигании органического топлива, а по оценкам американских ученых, использование в энергетическом секторе технологий и оборудования, способных на 80—90% обеспечить предотвращение эмиссии в атмосферу диоксида углерода и других загрязняющих веществ, повышает издержки производимой на органическом топливе энергии как минимум в 2—3 раза.
Рассмотренный вариант системы может эксплуатироваться по всей территории России, вплоть до 60 о северной широты. Высокая надежность генерирования холода и теплоты обеспечивается за счет того, что все элементы работают с высоким моторесурсом, при относительно низких температурах, исключающих применение дорогих и дефицитных сталей и сплавов. Кроме того, системы герметичны, как и их прообразы — традиционные холодильные установки, но в отличие от последних они не нуждаются в высоколиквидной электрической энергии.
Предлагаемые альтернативные источники энергоснабжения для любых зданий могут гарантировать бесперебойное энергообеспечение в небольших объемах. Результаты семилетней работы КБАЭ показали, что гарантированный минимум удобной для потребителя энергии — потока воды, теплоносителя, теплоты, искусственного холода, механической и электрической энергии — надо вырабатывать, используя возобновляемые источники энергии за один, максимум 2-3 технологических передела без многократного преобразования на месте потребления, тем более что в качестве преобразователей тепловой энергии в установках и системах используются водометы, хладометы со сверхвысоким КПД термодинамического цикла.
На данном этапе, когда механизация процессов связана с преобразованием тепловой энергии, эффективность энергогенерирующих установок и систем прямо зависит от КПД. Чем выше КПД и чем меньше технологических переделов при производстве необходимого вида энергии, тем меньше топлива для выработки одного и того же вида и объема энергии потребуется, в том числе при изготовлении самих установок и систем, тем меньше стоимость конечного вырабатываемого продукта или услуги и наоборот. Если же в качестве первичного источника энергии используются источники возобновляемые, то чем выше КПД преобразования, тем меньше размеры элементов, воспринимающих эту энергию, и следовательно, при изготовлении производители будут нести меньшие затраты.
Новое направление в малой энергетике позволяет найти решения по преобразованию тепловой энергии, обеспечивающие высокую эффективность производства дифференцированных видов энергии от возобновляемых источников и на низкосортном органическом топливе. Государственная поддержка развития возобновляемой (альтернативной) энергетики данного типа может быть связана не с увеличением расходов бюджетных средств, а в создании благоприятных условий производителям и потребителям энергии. Льготными условиями могут быть, например, освобождение от налога на землю, используемую для генерации энергии от возобновляемых источников, и находящуюся под зданиями, потребляющими эту экологически чистую энергию, в том числе вне зоны ее производства.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!