Разработка и исследование автономных cистем тепло- и хладоснабжения с использованием вихревых установок

В соответствии с тенденциями развития градостроительства в Туркменистане все большее внимание уделяется использованию автономных систем отопления, охлаждения и горячего водоснабжения зданий промышленного и гражданского назначения. В связи с этим переход от традиционных централизованных систем должен обеспечивать использование наиболее перспективных тепло- и холодопроизводящих устройств, которые могли бы осуществлять комбинированную выработку тепла и холода при соблюдении необходимых экологических требований.

Одним из возможных вариантов для производства тепла и холода является применение вихревых установок. К их достоинствам следует отнести возможность одновременной выработки тепла и холода, компактность, высокую надежность, длительный срок эксплуатации и полную экологическую безопасность. Использование вихревых установок значительно упрощает и удешевляет систему разводки тепло- и хладоносителя внутри помещений.

В настоящее время в этих целях нашли применение различные типы установок и устройств, работающих от разных источников энергии. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками и может быть применим в зависимости от условий эксплуатации. Как правило, они носят однофункциональный характер и применимы для отопления или охлаждения. Существует целый ряд электрических устройств, которые могут работать в режимах отопления и кондиционирования. Их применение связано с большими затратами, так как они являются предметом импорта и не производятся в Туркменистане.

Одним из возможных вариантов для производства тепла и холода является применение вихревых установок, которые до настоящего времени не нашли широкого применения в традиционных системах отопления и охлаждения зданий. К их достоинствам следует отнести возможность одновременной выработки тепла и холода, компактность, высокую надежность, длительный срок эксплуатации и полную экологическую безопасность. Использование вихревых установок значительно упрощает и удешевляет систему разводки тепло- и хладоносителя внутри помещений.

Вихревая установка работает по вихревому эффекту Ранка, основанному на температурном разделении воздушного потока на холодный и горячий потоки. Для обеспечения ее работы необходим источник сжатого воздуха. Конструктивно вихревая установка состоит из неподвижных деталей, что обеспечивает возможность безаварийной работы при длительной эксплуатации.

В данной работе проведены анализ, исследования и разработки по использованию вихревых установок в автономных комбинированных системах отопления и кондиционирования зданий. При оптимизации систем учитываются назначение зданий и сооружений, их схемные решения, условия совместной работы с генератором сжатого воздуха, утилизация сбросного тепла для горячего водоснабжения. Параллельно решены вопросы по использованию вихревой установки в целях создания отрицательных температур в холодильной камере для хранения пищевых продуктов.

В качестве нового подхода к решению разрабатываемой проблемы и основных результатов, выносимых на защиту, можно выделить следующие положения:

• принципиальные схемы систем кондиционирования и отопления автономных потребителей с использованием вихревых установок;

• методика теплотехнического расчета систем кондиционирования и отопления с использованием вихревых установок;

• опытная вихревая установка для кондиционирования и отопления;

• холодильная камера для хранения пищевых продуктов;

• результаты экспериментальных исследований вихревой установки;

• практические рекомендации по использованию на объектах нефтегазовой промышленности комбинированной системы для кондиционирования, отопления, устройства холодильной камеры и горячего водоснабжения на основе вихревой установки.

Рассмотрим принципиальную схему системы кондиционирования и отопления с использованием вихревых труб при отборе сжатого воздуха от компрессорной установки (рис.1). Сжатый воздух после компрессора 3, пройдя теплообменник 4 и охлаждаясь, по линии 5 подается в вихревые трубки 2, где осуществляется процесс его охлаждения до заданной температуры. Охлажденный воздух распределяется по всем помещениям, обеспечивая тем самым комфортные условия в летний период. В зимний период после соответствующей настройки вихревых труб осуществляется отопление помещений. Для регенерации тепла после сжатия воздуха через теплообменник 4 прокачивается вода, которая после нагрева может быть использована для горячего водоснабжения. Таким же образом осуществляется отбор тепла при охлаждении корпуса вихревых труб.

Рис. 1. Принципиальная схема системы кондиционирования и отопления при отборе сжатого воздуха от компрессорной установки

1. объект; 2- вихревые трубки; 3- компрессорная установка; 4- теплообменник; 5- линия подачи сжатого воздуха; 6- линия подачи нагретой воды.

На рис.2. приведена принципиальная схема системы кондиционирования и отопления при отборе сжатого воздуха от газотурбинной установки. Эта система предназначена для использования в местах, где снабжение электроэнергией затруднительно. Газотурбинная установка может функционировать на природном газе для обеспечения работы воздушного компрессора. Сжатый в компрессоре 4 воздух по линии 6 через вихревые трубки 2 поступает в объект 1, где используется для кондиционирования. После компрессора установлен теплообменник 5, в котором вода, отбирая тепло у сжатого воздуха, нагревается. Проходя через второй теплообменник 5 подаваемая вода за счет тепла выходящих газов в ГТУ повышает свою температуру и по линии 7 поступает в объект, где может быть использована для отопления или бытовых целей.

Рис. 2. Принципиальная схема системы кондиционирования и отопления при отборе сжатого воздуха от газотурбинной установки.

1. объект; 2- вихревые трубки; 3- газотурбинная установка; 4-компрессор; 5- теплообменник; 6- линия подачи сжатого воздуха; 7- линия подачи нагретой воды.

На рис.3 показана принципиальная схема системы тепло- и хладоснабжения с использованием вихревой установки применительно к объектам нефтегазового комплекса. Сжатый воздух поступает в воздушный фильтр 3, где очищается от механических примесей и влаги. Между источником сжатого воздуха 1 и воздушным фильтром 3 находится теплообменник 2, в которой вода отбирает тепло у сжатого воздуха и по линии 10 через аккумулятор горячей воды 7 поступает в помещение 5, где используется для бытовых целей. После воздушного фильтра 3 сжатый воздух поступает в вихревую установку 4, где происходит разделение воздуха на горячий и холодный потоки. По линии 8 горячий воздух поступает в аккумулятор. Холодный поток по линии 9 поступает в холодильную камеру 6.

Рис. 3. Принципиальная схема системы тепло- и хладоснабжения автономного объекта с

использованием вихревой установки.

1- источник сжатого воздуха; 2- теплообменник; 3- воздушный фильтр; 4- вихревая установка; 5- здание; 6- холодильная камера; 7- аккумулятор горячей воды; 8- линия подачи горячего воздуха; 9- линия подачи холодного воздуха; 10- линия подачи нагретой воды для бытовых целей.

Литература:

1. Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? – М.: Энергия, 1976.

2. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник Под общ. ред. В. А. Григорьева, В. М. Зорина – 2-е изд., перераб. – М.­­: Энергоатоатомиздат, 1991.

3. Байрамов Р.Б., Ушакова А.Д. Системы солнечного теплохладоснабжения в энергетическом балансе южных районов страны. – А.: Ылым, 1987.

4. А.П.Меркулов Вихревой эффект и его применение в технике. – М.: Изд. Машиностроение., 1969.