Пути повышения эффективности использования теплоты в системах инженерного обеспечения микроклимата зданий

Процессы нагрева и охлаждения, подачи и удаления воздуха и горячей воды осуществляются почти одновременно в одном и том же здании или помещении здания. При этом часто существует практика удаления лишней теплоты из помещений с одновременной подачей ее от внешних источников.

Если рассмотреть тепловой баланс здания, то основными статьями прихода и расхода теплоты будут следующие:

где Q — теплопотери через ограждающие конструкции, Вт; Q2 — теплопоступления от технологического оборудования (в том числе освещения), Вт; Q3 — теплопотери за счет удаления нагретого воздуха при работе вентиляции, Вт; Q4 — теплопотери с удаляемыми сточными водами, Вт; Q5 — теплопоступления от системы отопления, Вт; <2(, — теплопоступления от системы горячего водоснабжения, Вт.

Перечисленные статьи баланса неравнозначны. Об этом можно судить, например, по составляющим тепловых поступлений и потерь 72-квартирного жилого дома, представленным в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Тепловой баланс жилого дома

Наименование статьи

Мощность теплового потока, кВт

поступающего

удаляемого

От системы отопления

407,5

Через наружные ограждения

293,5

От системы горячего водоснабжения:

полотенцесушителей

10,2

ванн, умывальников, раковин

40,0

71,0

С удаляемым воздухом

114,0

От газовых плит

2,1

От электрического освещения

44,5

От людей

19,25

Не считая теплопотерь в окружающую среду, наиболее значительные потери теплоты — с удаляемым воздухом и сточными водами.

Оценить эффективность использования теплоты в зданиях можно на основании эксергетического анализа.

Нагрев здания и поддержание в его помещениях определенных параметров воздуха требует расхода энергии. Подведенная к зданию тепловая энергия состоит из полезно используемой части энергии (эксергии) и части энергии, удаляемой из помещений с различными теплоносителями (анергии). Сам процесс поддержания микроклимата нуждается в обоих видах энергии, причем в точно определенных количествах. Воспользовавшись выражением (2.5), определим соотношение потоков эксергии и анергии для помещений с постоянной внутренней температурой воздуха:

где 0 — эксергетическое число; Q — поток теплоты, подводимой к помещению, КДж; Ти, Т0 — абсолютные температуры соответственно воздуха в помещении и окружающей среды, К.

Значение эксергетического числа 0 зависит от абсолютных температур воздуха внутри и вне помещения. В табл. 2.2 представлены значения эксергетического числа в зависимости от температуры окружающей среды при Та = 293 К.

Таблица 2.2

Значения эксергетического числа в зависимости от температуры наружного воздуха

Тн, к

243

248

253

258

263

268

273

278

283

0

0,170

0,153

0,136

0,119

0,102

0,085

0,068

0,051

0,034

Небольшие значения 0 свидетельствуют о том, что для поддержания микроклимата в помещениях требуется очень мало эксергии.

На рис. 2.2 представлен график зависимости мощности потоков теплоты, эксергии и анергии, подводимых к жилому зданию, от температуры наружного воздуха. Графики построены по данным, приведенным в табл. 2.1, с использованием формул (2.6) и (2.7). С уменьшением температуры окружающей среды увеличивается поток эксергии, необходимый для создания микроклимата в помещениях здания. Но все же около 70 % подводимой теплоты составляет анергия. Следовательно, в процессе создания микроклимата помещений необходим подвод «смеси» эксергии и анергии. Как эта «смесь» образована, для процесса не имеет значения. Эксергию обычно получают от генераторов энергии. Типичным примером анергии является внутренняя энергия среды в помещениях или вне их. Эксергию можно взять из анергии среды.

Превращение эксергии в анергию — один из старейших технических процессов, а экономия эксергии, уменьшение части анергии или превращение анергии в эксергию — новое направление в системах создания микроклимата зданий. Связано это направление с использованием регенерации теплоты, вторичных энергетических ресурсов и возобновляемых источников энергии.

График зависимости мощности потоков тепловой энергии, эксергии и анергии от температуры наружного воздуха

Рис. 2.2. График зависимости мощности потоков тепловой энергии, эксергии и анергии от температуры наружного воздуха

Решение конкретных задач экономии эксергии в системах инженерного обеспечения зданий может осуществляться по замкнутой (рис. 2.3) или разомкнутой (рис. 2.4) схеме. По замкнутой схеме повышение использования эксергии потока теплоты происходит за счет анергии этого же потока. Указанный процесс осуществим с использованием теплоутилизационного оборудования, установленного непосредственно в здании.

По разомкнутой схеме тепловая энергия полностью или частично поступает от источника вторичных энергоресурсов, в качестве которых могут быть теплоиспользующие установки промышленных предприятий, крупные компрессорные станции и т.д.

Схема замкнутого использования теплоты ВЭР в системах ОВК

Рис. 2.3. Схема замкнутого использования теплоты ВЭР в системах ОВК: 1 — обогреваемое помещение; 2 — утилизатор теплоты

Схема подготовки воздуха, циркулирующего в воздушных прослойках ограждающих конструкций зданий

Рис. 2.5. Схема подготовки воздуха, циркулирующего в воздушных прослойках ограждающих конструкций зданий:

1 — каналы в наружных ограждающих конструкциях; 2 — теплоутилизатор; 3 — генератор теплоты

Схема внешнего, или разомкнутого, использования ВЭР

Рис. 2.4. Схема внешнего, или разомкнутого, использования ВЭР:

/ — генератор теплоты; 2 — потребитель теплоты — источник ВЭР;

3 — потребитель ВЭР

Нетрадиционные источники теплоты и ряд теплоносителей ВЭР имеют потенциал, не позволяющий использовать их непосредственно в системах инженерного оборудования зданий, поскольку их теплота является практически анергией. Повышение ценности потоков такой теплоты возможно с повышением ее потенциала, т.е. перевода анергии теплоты в эксергию с применением тепловых насосов. В тепловом насосе происходит объединение потоков эксергии и анергии. Эксергия подводится как высокоорганизованная энергия привода теплового насоса, а анергия извлекается из окружающей среды или источников ВЭР.

Возможны и другие технические решения получения «смеси» эксергии и анергии для поддержания температуры в помещениях отапливаемых зданий жилого, гражданского и промышленного назначения. Примером может служить схема подготовки воздуха для подачи его в воздушные прослойки, размещенные в наружных стенах зданий (рис. 2.5).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >