Пути экономии тепловой энергии

Значительные затраты на сооружение и особенно на эксплуатацию современных систем кондиционирования и вентиляции заставляют искать новые пути экономии средств и совершенствования всех видов тепловой энергии в зданиях, и в первую очередь за счет повторного использования всех видов тепловой энергии в здании: перераспределения теплоты и холода в объеме здания и утилизации теплоты и холода, удаляемого из помещения.

Источниками теплоты, которая может быть утилизирована, являются: тепловыделения от людей, освещения, бытовых приборов и технологического оборудования; вытяжной воздух помещений; использованная вода от горячего водоснабжения и канализационные стоки; обратная вода в системах отопления; уходящие газы котельных и т. п.

В летнее время до 80−85% холода вентиляционного воздуха, удаляемого из помещений, может быть вновь возвращено в систему и использовано для охлаждения наружного приточного воздуха. Для этой цели, а также для уменьшения холодильных нагрузок здания могут найти применение различные способы и источники естественного охлаждения.

В вентиляционных системах утилизация тепловой энергии производится за счет рециркуляции внутреннего воздуха или применения теплообменников-теплопреобразователей, в качестве которых применяются теплообменники рекуперативные, регенеративные и с промежуточным теплоносителем, а также тепловые трубы.

При использовании рециркуляции экономия холода и теплоты достигается за счет уменьшения доли обрабатываемого наружного воздуха, при этом количество циркулирующего воздуха в системе не изменяется, для того чтобы обеспечить необходимую подвижность воздуха в помещении.

Рециркуляции свойственны ухудшение состава воздуха в помещении и малая эффективность в тех случаях, когда энтальпии наружного и внутреннего воздуха близки по величине.

Определенной экономии теплоты и холода в системах кондиционирования можно добиться путем применения систем с переменным расходом воздуха.

Технические решения систем с переменным расходом воздуха предусматривают применение комплекса совершенного оборудования вентиляционных установок и средств управления, обеспечивающих оптимальный по расходам энергии и приведенным затратам алгоритм функционирования системы. К такому оборудованию относятся: тиристорные преобразователи для регулирования расхода воздуха, специальные воздухонагреватели, камеры орошения с регулируемым расходом воды, регулируемые воздухораспределители. Расширение производства указанного оборудования будет способствовать и широкому внедрению систем с переменным расходом воздуха на предприятиях пищевой промышленности.

Наибольшую экономию тепловой энергии в системах вентиляции и кондиционирования воздуха можно получить при использовании высокотемпературной сбросной теплоты от печей, сушилок, тепловых агрегатов, систем охлаждения технологического оборудования. В системах вентиляции температура вытяжного воздуха обычно невелика, а температура наружного воздуха в холодный период низка, поэтому разность температур между теплообменивающимися воздушными потоками существенна. Несмотря на это, площадь поверхности и металлоемкость теплообменников-утилизаторов, а также капитальные затраты на них получаются большими. Тем не менее даже при сравнительно низкой температуре удаляемого воздуха теплообменные устройства окупаются за 2−3 года.

В теплый период года перепады температур между наружным и вытяжным воздухом значительно меньше, чем в холодный период. Теплоутилизаторы подбирают на холодный период, а возможную экономию холода на обработку воздуха в теплый период определяют исходя из принятой площади поверхности теплообменников.

Применение теплоутилизаторов связано с дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами. Поэтому при рассмотрении вопроса о целесообразности утилизации предварительно необходимо убедиться в возможности использования более экономичной рециркуляции, если она удовлетворяет санитарно-гигиеническим нормам.

Одним из мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов с вовлечением альтернативных источников энергии является разработка и внедрение теплонасосных установок (ТНУ) в системах теплохолодоснабжения предприятий. Под термином ТНУ подразумевают установку, при помощи которой осуществляется перенос теплоты от источника с низкой температурой к объекту с более высокой температурой. Такое повышение потенциала теплоты связано с затратой какого-либо вида энергии (механической, электрической, тепловой, потока газа или пара и др.). По конструктивным и термодинамическим особенностям тепловые насосы аналогичны холодильным установкам. Назначение холодильных установок — охлаждение объекта с низким тепловым потенциалом и перенос отнятой теплоты к источнику с более высоким потенциалом. При этом полезно используемым является процесс охлаждения.

Назначением теплонасосной установки является полезное использование отнятой теплоты от источника низкого потенциала, т. е. осуществление процесса нагрева. По экономическим соображениям весьма выгодно осуществлять от одной установки одновременное полезное использование процессов получения холода и теплоты.

В состав систем кондиционирования воздуха (СКВ) входят холодильные установки. При круглогодичной работе СКВ эти установки могут быть применены для получения холода в теплый период года, для одновременного получения холода и теплоты в переходный период, получения теплоты в холодное время года.

Тепловые насосы (ТН) различаются по принципу действия. В настоящее время более всего распространены компрессорные, абсорбционные и термоэлектрические ТН.

В системах кондиционирования воздуха чаще всего используются первые два типа тепловых насосов.