Сучасні розробки у галузі енергозабезпечення

корозії і щоб уникнути порушень в системі джерела тепла, можливість використання слід оцінювати на підставі аналізу води і нижченаведених даних для порівняння. Для вирішення важливі наступні результати аналізу: Значення концентрацій домішок у воді не повинні бути вище, ніж:

Величина рН від 6,5 до 9

Хлорид <300 міліграм/л

Вільні хлориди <0,5 міліграм/л

Нітрат <100 міліграм/л

Сульфат <100 міліграм/л

Вільна вугільна кислота <20 міліграм/л

Залізо і марганець <1 мг/л*

Кисень <2 міліграми/л

Електропровідність від 50 до 1000 мС/см

* Це значення змісту домішок у воді повинне підтримуватися, щоб

запобігти забрудненню випарника і його підведення, а також забрудненням всмоктуючого колодязя охрою.

Вибір розміру циркуляційного насосу розсолу

Об'ємна витрата розсолу повинна бути узгоджена з потужністю теплового насоса і повинна забезпечуватися циркуляційним насосом розсолу.

Разом з об'ємною витратою необхідно враховувати гідравлічні опори в контурі установки розсолу і технічні дані виготівника насоса. При цьому втрати тиску в послідовно включених трубопроводах, вбудованих пристроях і теплообмінниках повинні підсумовуватися. Гідравлічний опір для суміші води з антифризом (25%) в порівнянні з водою повинен прийматися більшим, з поправочним коефіцієнтом від 1,5 до 1,7.

Концентрація розсолу

Щоб уникнути обмерзання випарника у воду на стороні джерела тепла слід додавати антифриз. При прокладці змійовиків в ґрунті температури, що виникають в холодильному контурі, вимагають захисту від заморожування при 14 °C. Застосовується антифриз на основі моноетилгліколя. Концентрація розсолу при прокладці в ґрунті складає від 25% до, максимум, 30%.

Температура замерзання

Концентрація розсолу визначається запланованим діапазоном робочих температур.

Вказівки, які слід виконати:

- отримайте згоду у відповідній організації;

- перевірте наявність ґрунтових вод і їх придатність до використання (аналіз води);

- на підставі аналізу води перевірте можливість застосування теплового насоса;

- облаштування основного колодязя і скидного колодязя на відстані приблизно 15 м;

- облаштування колодязя відповідно до особливих вимог до приміщення для установки;

- потрібний відповідний стінний прохід для колодязного пристрою;

- витримуйте відстані від стін (сервіс);

- під'єднуйте трубопроводи підвідних і зворотних ліній до теплового насоса за допомогою гнучких сполучних шлангів;

- у разі потреби облицьовуйте стіни приміщення, де розміщується устаткування, матеріалами з високим звукопоглинанням;

- беріть до уваги прокладку кабелів і під'єднання електроживлення;


4. Теоретичний експеримент


Для того, щоб унаочнити економічну доцільність використання ТНС я провів розрахунок енергозбереження і зниження витрат на опалення і гаряче водопостачання при установці геотермального теплового насоса Thermia Diplomat 16. Розрахунок проведений для індивідуального житлового будинку площею 300 кв. метрів. Вартість 1 кВт електроенергії прийнята 0.24 грн., вартість 1000куб.м. газу - 980,00 грн. Вихідні дані:


Максимальна необхідна потужність, кВт 21
Річна потреба тепла для опалення, кВт/год 59240
Річна потреба тепла для гарячого водопостачання, кВт/год 5000
Загальні річні потреби тепла, кВт/год 64240
Розрахункова температура в приміщенні, С 20

Розрахункові дані:


Енергія, що отримується від теплового насоса за рік, кВт/год 57410
Енергія, яку тепловий насос споживає за рік, кВт/год 14990
Додаткова необхідна енергія за рік, кВт/год 1830
Загальне споживання електроенергії за рік, кВт/год 16820
Загальна економія енергії за рік, кВт/ч 47420
Загальна економія енергії за рік, всього , % 74%

Розрахунок вартості:

Вартість опалення газом, грн. 7840
Вартість опалення на електроенергії, грн. 15420
Вартість опалення тепловим насосом , грн. 4040
Економія в порівнянні з опаленням газом, грн. /% 2460/62
Економія в порівнянні з опаленням на електроенергії, грн. /% 11380/382

Якщо порівнювати встановлення теплового насосу с ґрунтовим теплообмінником і встановлення котельні на дизельному паливі з паливним господарством ,димовою трубою і автоматикою, різниця в вартості нівелюється за 3-5 років.


5. Недоліки теплових насосів


Як і в будь-якій установці, в дійсному циклі теплового насоса є свої недоліки. Для теплової помпи – це відхилення від теоретичного [13]:

необоротність процесу стиску речовини в компресорі;

необоротні втрати внаслідок кінцевої різниці температур між речовиною і теплоносієм в процесі відводу теплоти перегріву;

необоротні втрати внаслідок кінцевої різниці температур між речовиною і теплоносієм в процесі відводу теплоти конденсації;

необоротні втрати внаслідок кінцевої різниці температур між

речовиною і теплоносієм в процесі переохолодження речовини;

втрати в результаті дроселювання речовини;

необоротні втрати із-за кінцевої різниці температур в процесі випаровування речовини в випарнику;

втрати пов'язані з необоротною теплопередачею між речовиною і стінками циліндрів в процесі всмоктування;

втрати від тертя в рухомих частинах установки.

Це означає, що систему опалення чи гарячого водопостачання слід планувати таку, що вимагає температуру теплоносія на вході 50-60˚ С.

Загалом, єдиним істотним недоліком теплових насосів є їх ціна.


6. Структурно-функціональний аналіз виробничого процесу та розроблення моделі травмонебезпечних та аварійних ситуацій


Підбір місця розташування для встановлення компресійного теплового насоса та його обладнання здійснюється за такими вимогами, як здатність конструкцій стін витримати навантаження від каскаду апаратів насоса, достатня площа приміщення для всього набору апаратури, підключення до електромережі, влаштування заземлення або занулення даної системи опалення, оптимально розраховане необхідне природне і штучне освітлення, а також вентиляція.

Компресійний тепловий насос містить постачальний насос, контур теплоносія, випарник, компресор та конденсатор, який відрізняється тим, що він виконаний в вигляді 2n секцій, де n = 1,2,3..., кожна з яких виконана з об'єднаних між собою камер випарника, компресора та конденсатора, у поршні компресора розташовано n клапанів, причому камери випарника та конденсатора з'єднані через гідроагрегат, який розташований між ними та має висоту меншу ніж відстань між днищами випарника та конденсатора.

У зображеннях процесів формування, виникнення аварій та виробничих травм усі випадкові події, що утворюють конкретну аварійну ситуацію, пов'язані між собою причинно-наслідковими зв'язками.

Метод логічного моделювання потенційних аварій, травм та катастроф відкриває можливість розробити досконалу систему управління БЖД виробництва, яка базується на оперативному пошуку виробничих небезпек, їх глибокому аналізі й терміновому прийнятті заходів для усунення потенційних небезпек ще до виникнення травмонебезпечних та катастрофічних ситуацій.

Найбільш небезпечними факторами, які можуть впливати на етап роботи людини є електропроводи, трубопроводи гарячої води тощо. При експлуатації і ТО теплової помпи обслуговуючий персонал повинен більше приділяти уваги цим вузлам.

На рис.6.1 та 6.2. показано деякі логічні моделі травмонебезпечних та аварійних ситуацій.


НУ1 → НУ2 → Т


Рис. 6.1. Модель травмонебезпечної ситуації з наслідком ураження обслуговуючого персоналу електричним струмом: НУ1 – небезпечна умова 1 – обрив захисного провідника; НУ2 – поява потенціалу на металевому корпусі; Т – травма – ураження обслуговуючого персоналу електрострумом.


НУ1 → НС1 → НС2 → НС3 → НС4 → А

↑ ↓

НД1 НС5 → Т

↑

НД2

Рис. 6.2. Модель травмонебезпечної та аварійної ситуації під час експлуатації компресора теплового насоса:


НУ1 – небезпечна умова 1 – зменшення рівня масла через те, що вийшов з ладу підшипник-сальник; НС1 – небезпечна ситуація 1 – вихід з ладу підшипників; НС2 – перекіс вала компресора; НС3 – перегрів поршнів та шатунів; НС4 – розрив корпуса компресора; НС5 – витік холодоагенту; НД1 – небезпечна дія 1 – працівник несвоєчасно помітив несправність по зовнішніх ознаках; НД2 – працюючий знаходився в небезпечній зоні; А – аварія; Т – травма.

Парові та водогрійні котли, компресори, теплові помпи є небезпечними установками, тому, що назовні виривається нагріта вода і пара. У зоні нагрітої атмосфери нагріта вода миттєво випаровується (1 л води утворює майже 1700 л пари), утворюючи вибухову хвилю. Енергія вибуху прямо залежить від тиску в установці перед аварією і температурою води.

Основними причинами вибухів є: порушення водного режиму установки; дефекти проектування, виготовлення та ремонт установки; упускання води тощо.

Упускання води в установці може статися внаслідок несправності контрольно-вимірювальної апаратури, порушення контролю обслуговуючим персоналом, несправності апаратури і пристроїв підживлення помпи та інші.

Порушення водного режиму може призвести до відкладання на внутрішніх стінках помпи тепло непровідного шару накипу з різних солей.

Солі кальцію Ca(HCO3)2 і магнію Ma(HCO3) всередині утворюють шлам, як можна видаляти продувкою та промивання установки.

Сірчанокислий кальцій (CaSO4) на поверхнях відкладається у вигляді міцного шару, який може призвести до їх перегрівання, утворення випучних, а іноді і до руйнування стінок установки.

Недоліки конструювання та виготовлення можуть викликати нерівномірність нагрівання окремих елементів установки. Це спричиняє до температурних тріщин.

Вода і димові гази можуть викликати корозію, яка знижує механічну міцність установки, що також може призвести до аварії.

У процесі експлуатації теплових помп можуть виникати й інші причини аварійних ситуацій.

Досвід застосування помп свідчить, що такі установки можна експлуатувати безпечно при дотриманні спеціальних правил і відповідних умов.

Правильно вибраний водний режим запобігає утворенню накипу, шламу, виникненню корозії. Відповідно до водного режиму встановлюються норми якості води, режими продувки та графіки зупинки установки для очищення. Важливим технічним заходом є видалення шламу, що досягається періодичним продуванням помпи. Цей захід проводять із дотриманням спеціальних вимог безпеки.

Захист теплових помп від корозії (хімічної й електрохімічної) здійснюють шляхом зниження агресивності середовища, підвищенням антикорозійної стійкості металу, ізоляції металевої поверхні від агресивного середовища та іншими способами.

Для забезпечення безаварійної роботи помп їх обладнують необхідною апаратурою і контрольно-вимірювальними приладами: автоматичною апаратурою контролю.

Проектування, випробування і експлуатація таких установок повинні відповідати вимогам Правил влаштування і безпечної експлуатації посудин, що працюють під тиском.

Відповідно до Правил установки встановлюють на відкритих майданчиках в місцях, де не буває скупчення людей, а також в окремих будівлях. Допускається встановлення теплових помп у приміщеннях, що прилягають до виробничих будівель і мають капітальну стіну в інших приміщеннях передбачених галузевими правилами або за дозволом відповідного міністерства. При встановленні установки необхідно передбачити можливість їх вільного огляду, ремонту і очищення.

Правилами передбачені спеціальні вимоги до конструкції теплової помпи. Вони мають бути надійними і безпечними в експлуатації, зручними при монтажі, ремонті, випробуваннях, технічних освідченнях тощо. При розробці конструкції установка розраховується на міцність відповідно до існуючих стандартів і нормативно-технічної документації.

Електричне обладнання і заземлення теплових помп виконується відповідно до вимог ПУЕ.

Для живлення установки встановлюють не менше двох насосів.

Для обслуговування теплових помп допускають осіб не менше 18 років, що пройшли медичний огляд, склали іспити за спеціальною програмою і одержали кваліфікаційне посвідчення.

Для встановлення справності і надійності устаткування і його обладнання і можливості їх подальшої безпечної експлуатації виконують технічне освідчення. Технічне освідчення буває первинним, протягом якого перевіряють розміщення теплової помпи і обладнання, а також їх відповідність вимогам заводської (інструкції) документації з експлуатації, правильність включення помпи у відповідну мережу, стан приміщення котельні, наявність виробничих інструкцій та інструкцій з техніки безпеки, та періодичним, коли встановлюють справність і надійність помпи і обладнання для подальшої експлуатації.

Технічне освідчення включає такі операції як огляд (зовнішній та внутрішній) і випробування.

Операції, методи і періодичність технічних освідчень визначені підприємствами-виробниками, вони зазначені у паспортах та інструкціях з монтажу й безпечної експлуатації. Для проведення технічного освідчення установку зупиняють, охолоджують, звільняють від робочого середовища, відключають від мережі відповідними заглушками, очищають. Результати технічних освідчень записують у паспорт, де зазначають також терміни наступного освідчення.

Дозвіл на експлуатацію установки, що не підлягає реєстрації, видає особа, призначена адміністрацією підприємства, на підставі документів заводу–виробника після технічного освідчення і перевірки організації обслуговування установки.


Список літератури


Абрамов Н.Н. Водоснабжение.- М.:Стройиздат, 1982.

Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы.- М.:Машиностроение, 1982.

Долгачев Ф.М., Лейко В.С. Основы гидравлики и гидропривода.- М.:Стройиздат, 1981.

Дурнов П.И. Насосы, вентиляторы, компресоры.- Киев- Одесса: Вища школа, 1985.

Исаев А.П., Сергеев Б.И., Дидур В.А. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процесов.- М.: Агропромиздат, 1990.

Ерхов Н.С., Мисенов В.С., Ильин Н.И. Сельскохозяйственная мелиорация и водоснабжение.- М.: Колос, 1983.

Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения.- М.: Высшая школа, 1984.

Николадзе Г.И. Гидравлика, водоснабжение и канализация сельских пунктов.- М.:Стройиздат, 1982.

Оводов В.С. Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение.- М.:Колос, 1984.

СниП 2.04.02-84 “Водоснабжение. Наружные сети и сооружения”.- М., 1985.

Справочник по механизации орошения под редакцией Штепы Б.Г.- М.: Колос,1979.

Синев Н.М. Бессальниковые водяные насосы.- М.: Атомиздат, 1972.

Тугай А.С., Терновец В.Е. Водоснабжение. Курсовое проектирование.- Киев: Вища школа, 1980.

Усаковский В.М. Водоснабжение в сельском хозяйстве.- М.: Колос, 1981.

Чугаев Р.Р. Гидравлика.- Л.:Энергия, 1982.

Штеренлихт Д.В. Гидравлика.- М.: Энергоатомиздат, 1984.

Хохловкин Д.М. Глубинные насосы для водопонижения и водоснабжения.-М.: Недра, 1971.

Циклаури Д.С. Гидравлика, сельскохозяйственное водоснабжение и гидросиловые установки.-М.: Стройиздат, 1970.

Справочник по гидравлическим расчетам / Под ред. Кисилева П.Г.-М.: Энергия, 1972.

Справочник по гидравлике / Под ред. Большакова В.А.-К.: Вища школа, 1979.

Левицький Б.Ф., Лещій Н.П. Гідравліка.-Львів: Світ, 1994.

Рогалевич Ю.П. Гідравліка.-Київ: Вища школа, 1993.

Мельниченко Д.Ю., Лаврентьев М.В., Горелкін А.В. Гідравліка, гідросилові установки і основи сільськогосподарського водопостачання.-Київ: Урожай-1969.

Азарх Д.Н., Попова Д.Н., Монахова Л.П. Насосы.- М.: Машиностроительная литература- 1960.


27