Петротермальная энергия в системах теплоснабжения
Приводятся схемные решения при использовании тепловой энергии грунта в системах теплоснабжения. Указывается целесообразность комплексного использования петротермальной и солнечной энергий в сочетании с теплонасосной установкой....
Saved in:
| Date: | 2006 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Series: | Промышленная теплотехника |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61387 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Петротермальная энергия в системах теплоснабжения / Р.А. Амерханов // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 30-34. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61387 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-613872025-02-09T21:55:46Z Петротермальная энергия в системах теплоснабжения Petrothermal energy in heat-supply systems Амерханов, Р.А. Нетрадиционная энергетика Приводятся схемные решения при использовании тепловой энергии грунта в системах теплоснабжения. Указывается целесообразность комплексного использования петротермальной и солнечной энергий в сочетании с теплонасосной установкой. Приводяться схемні рішення при використанні теплової енергії ґрунту в системах теплопостачання. Указується доцільність комплексного використання петротермальної і сонячної енергій в сполученні з теплонасосною установкою. The circuit designs under using of thermal energy of soil in heat supply systems have been given. Advisability of multiple use of petrothermal and solar energy in combination with heat pump system has been shown. 2006 Article Петротермальная энергия в системах теплоснабжения / Р.А. Амерханов // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 30-34. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61387 697.7.001.2 (083.74) ru Промышленная теплотехника application/pdf Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Нетрадиционная энергетика Нетрадиционная энергетика |
| spellingShingle |
Нетрадиционная энергетика Нетрадиционная энергетика Амерханов, Р.А. Петротермальная энергия в системах теплоснабжения Промышленная теплотехника |
| description |
Приводятся схемные решения при использовании тепловой энергии грунта в системах теплоснабжения. Указывается целесообразность комплексного использования петротермальной и солнечной энергий в сочетании с теплонасосной установкой. |
| format |
Article |
| author |
Амерханов, Р.А. |
| author_facet |
Амерханов, Р.А. |
| author_sort |
Амерханов, Р.А. |
| title |
Петротермальная энергия в системах теплоснабжения |
| title_short |
Петротермальная энергия в системах теплоснабжения |
| title_full |
Петротермальная энергия в системах теплоснабжения |
| title_fullStr |
Петротермальная энергия в системах теплоснабжения |
| title_full_unstemmed |
Петротермальная энергия в системах теплоснабжения |
| title_sort |
петротермальная энергия в системах теплоснабжения |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Нетрадиционная энергетика |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61387 |
| citation_txt |
Петротермальная энергия в системах теплоснабжения / Р.А. Амерханов // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 30-34. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT amerhanovra petrotermalʹnaâénergiâvsistemahteplosnabženiâ AT amerhanovra petrothermalenergyinheatsupplysystems |
| first_indexed |
2025-12-01T04:59:09Z |
| last_indexed |
2025-12-01T04:59:09Z |
| _version_ |
1850280667448868864 |
| fulltext |
Colorado, August 19–22, 2001, Extended abstracts
and papers, NREL, 2001, p. 199–207.
12. Strebkov D.S., Litvinov P.P., Tverianovich E.V.
Research of functioning of a class of V;shaped station;
ary concentrators. Eurosun – 2004. Freiburg, Germany
14 Intern. Sonnenforum, Vol. 2 p. 3;072;3;078.
13. Strebkov D.S., Koshkin N.L. On development
of Photovoltaic Power Engineering in Russia. Thermal
Engineering, 1996, vol. 43, № 5, p. 381–384.
14. Tsuo Y.S. Touyryan K., Gee J.M., Strebkov D.S,
Pinov A.B., Zadde V.V. Environmentally Benign
Silicon Solar Cell Manufacturing. 2;nd World
Conference and Exhibition on Photovoltaic
Solar Energy Conversion. 6 – 10 July 1998,
Hofburg Kongresszentrum, Vienna, Austria,
p.1199–1204.
Получено 10.03.2006 г.
30 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Приводяться схемні рішення при ви�
користанні теплової енергії ґрунту в сис�
темах теплопостачання. Указується
доцільність комплексного використання
петротермальної і сонячної енергій в
сполученні з теплонасосною установ�
кою.
Приводятся схемные решения при
использовании тепловой энергии грун�
та в системах теплоснабжения. Указы�
вается целесообразность комплексного
использования петротермальной и сол�
нечной энергий в сочетании с теплона�
сосной установкой.
The circuit designs under using of ther�
mal energy of soil in heat supply systems
have been given. Advisability of multiple
use of petrothermal and solar energy in
combination with heat pump system has
been shown.
УДК 697.7.001.2 (083.74)
АМЕРХАНОВ Р.А.
Кубанский государственный аграрный университет
ПЕТРОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ
В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
h – глубина заложения регистра труб;
Lтр – требуемая длина труб;
Qо – необходимая мощность теплоснабжения;
qут – удельный теплосъем с единицы участка теп;
лосбора;
S – шаг между трубами.
В коре Земли заключено большое количество
тепловой энергии.
Средний градиент температуры в ее поверхно;
стных слоях равен примерно 30 оС/км. Твёрдые
породы, образующие кору, имеют среднюю
плотность 2700 кг/м3, теплоёмкость 1 кДж/(кг·K)
и теплопроводность 2 Вт/(м·К), поэтому сред;
ний геотермальный поток составляет примерно
0,06 Вт/м2.
В твёрдых породах теплопроводность является
единственным механизмом теплопередачи. По;
этому при распространении теплоты через одно;
родные материалы от мантии к поверхности зем;
ли градиент температуры будет постоянным.
Геотермальные районы подразделяют на три
класса.
Гипертермальный район – для которого тем;
пературный градиент более 80 оС/км. Эти районы
расположены в тектонической зоне вблизи гра;
ниц континентальных плит.
Полутермальный район – это район, для кото;
рого температурный градиент от 40 до 80 оС/км.
Нормальный район – когда температурный
градиент меньше 40 оС/км. Такие районы наибо;
лее распространены. В этих районах температур;
ный градиент составляет примерно 0,06 Вт/м2.
Грунт представляет собой тепловой аккумуля;
тор неограниченной ёмкости. Солнечная энергия,
поглощенная земной поверхностью, формирует
температурный режим слоя грунта мощностью от
10 до 20 м в зависимости от почвенно;климатиче;
ских условий местности [1].
Для сбора теплоты грунта в нем размещают ре;
гистр труб с циркулирующим по ним теплоноси;
телем, который отбирает теплоту, накопленную
грунтом, и отводит её потребителю.
В летнее время аккумулирующие свойства ис;
пользуются для систем хладоснабжения зданий.
Система теплохладоснабжения эффективна
при использовании теплонасосных установок.
Это позволяет получить от 2,5 до 3,5 кВт полез;
ной теплоты на 1 кВт затраченной энергии.
Система сбора низкопотенциальной теплоты
грунта включает следующие элементы:
– грунтовый массив участка отбора теплоты;
– регистр труб грунтового теплообменника;
– насос для принудительной циркуляции
теплоносителя грунтового теплообменника;
– участок теплотрассы, соединяющий сис;
тему теплосбора с испарителем теплонасосной
системы теплохладоснабжения.
Схемы регистра труб грунтового теплообмен;
ника приведены на рис. 1.
Глубину заложения регистра труб грунтового
теплообменника h и шаг между трубами S выби;
рают в пределах 1...2 м.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 31
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 1. Схемы расположения регистра труб грунтового теплообменника на участке теплосбора:
а, б – при небольших мощностях системы теплохладоснабжения; в, г — при больших мощностях сис�
темы теплохладоснабжения; 1 – границы участков теплосбора; 2 – регистры труб грунтовых тепло�
обменников; 3 – циркуляционные насосы; 4 – соединительные участки теплотрассы; 5 – отключающие
вентили; 6 – магистральные трубопроводы.
Общая требуемая длина труб Lтр, грунтового
теплообменника определяется по формуле
, (1)
где qут = 20...25 Вт/м2.
Для грунтов небольшой теплопроводности ре;
комендуются большие значения глубины зало;
жения h и шага S.
В качестве теплоносителя грунтового теплооб;
менника следует применять деаэрированную во;
ду или нетоксичный антифриз.
Поля температур в грунте при наличии в нём
дискретных источников теплоты, подводимой в
грунт или отводимой из него, могут быть опреде;
лены по методике, изложенной в [2]. Суть метода
в следующем. Грунт рассматривают как кусочно;
однородную среду с плоскими границами разде;
ла. Подобная модель учитывает неоднородность
теплофизических характеристик породы по глу;
бине. Поле температур предполагается трёхмер;
ным. В среде, где расположен источник, оно опи;
сывается уравнением Пуассона, в остальных
средах – уравнением Лапласа. В уравнение Пуас;
сона входит единичная функция Дирака, посколь;
ку источник теплоты точечный. Заметим, что
функция Дирака σ (х – х0, у – у0, z – z0) принима;
ет всюду нулевые значения за исключением точки
(х0, у0, z0), где обращается в бесконечность.
Применив двукратное интегральное преобра;
зование Фурье, краевые задачи для уравнения в
частных производных заменяют более простыми
краевыми задачами для дифференциальных
уравнений с обыкновенными производными.
Перейдя к полярным координатам и исполь;
зуя функцию Бесселя, находят решение для ис;
комого потенциала, т.е. для температуры. Таким
путём получают выражение для потенциалов всех
слоев многослойной среды в грунте.
На рис. 2 приведена схема петротермальной
системы, предназначенной для теплоснабжения
жилых домов на 4…6 человек.
Регистр полиэтиленовых труб диаметром 40 мм
и общей длиной 400 м размещался в земле на глу;
бине 0,9...1,0. Расстояние между трубами 1 м.
Теплоносителем служил антифриз.
Исследования показали, что такая система
обеспечивает для условий Латвии примерно 85 %
потребности в теплоте для системы отопления и
горячего водоснабжения в течение отопительного
периода. Тот факт, что при этом нет сажи, копоти,
золы и шлака, указывает на экологически чистую
в данном случае систему теплоснабжения. Она
характеризуется также пожаробезопасностью из;
за отсутствия открытых источников огня.
Энергетические ресурсы грунта можно эффек;
тивно использовать при комплексной альтернатив;
ной системе теплоснабжения (КАСТ), предусмат;
ривающей применение солнечной и теплонасосной
установок и аккумулирование энергии в грунте [3].
32 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 2. Принципиальная схема петротермальной
системы теплоснабжения жилого дома:
1 — грунтовый теплообменник; 2 — насос;
3 — емкость для антифриза; 4 — испаритель
теплонасосной установки; 5 — редукционный
клапан; 6 — насос для циркуляции воды
в отопительной системе; 7, 8 — теплообменники
конденсатора теплонасосной установки;
9 — трубопровод горячей воды системы отопле�
ния; 10 — расширительный бак; 11, 12 — теплооб�
менники конденсатора теплонасосной установки;
13 — бак горячей воды; 14 — трубопровод систе�
мы горячего водоснабжения; 15 — потребитель
горячей воды; 16 — водопровод холодной воды;
17 — компрессор теплонасосной установки;
18 — бак горячей воды для отопительной системы.
КАСТ представляет собою интегрированную
полиэлементную структуру, которая состоит из
нескольких автономных составляющих, которые
в свою очередь могут работать независимо (в мо;
ноструктурном режиме) или совместно (в бист;
руктурном режиме) при разном соединении ее
основных элементов (рис. 3).
В солнечной системе 1 происходит поглоще;
ние и аккумулирование солнечного излучения.
Солнечный контур, кроме солнечного коллекто;
ра, содержит аккумулятор теплоты, насосы, регу;
лирующие клапаны, фильтры, теплообменники
и систему контрольно;измерительных устройств
и автоматики.
В моноструктурном режиме работы по замк;
нутой схеме гелиосистема 1 используется для
отопления. Тепловая энергия может передавать;
ся потребителю непосредственно от бака;акку;
мулятора, а также путем использования транс;
форматора теплоты – тепловому насосу 3, что
обеспечивает повышение уровня температуры
теплоносителя на входе к контуру теплового по;
требителя 4. В моноструктурном режиме работы
грунтовой системы 2 с использованием грунто;
вых теплообменников, подключенных к тепло;
вому насосу 3, происходит отвод теплоты, кото;
рая аккумулирована в грунте и передача ее
тепловому потребителю 4 на более высоком тем;
пературном уровне.
Биструктурная система теплоснабжения раз;
решает использовать совместно два разнородных
возобновительных источника энергии, которые
по природным свойствам способны в случае де;
фицита к взаимной компенсации. В биструктур;
ной конфигурации КАСТ благодаря наличию
двух испарителей теплового насоса создаются
благоприятные условия для утилизации низко;
потенциальной энергии, которая поступает от
двух независимых природных источников –
солнца и грунта. В этом случае тепловой насос
играет роль трансформатора теплоты одновре;
менно для двух источников возобновляемой
энергии.
В случае дефицита возобновляемой энергии и
недостаточной мощности теплового насоса кон;
фигурация КАСТ предусматривает возможность
включения в работу резервного источника тради;
ционной энергии (дублера) для обеспечения на;
грузки теплового потребителя на необходимом
уровне комфорта. Поскольку система теплоснаб;
жения на основе возобновляемых источников
энергии является низкопотенциальной (темпе;
ратурный уровень теплоносителя 40…50 оС),
предусмотрено использование отапливающих
устройств с увеличенной поверхностью обогре;
ва. Резервным источником энергии принят эле;
ктрический обогреватель, который включается
в работу в случае дефицита возобновляемой
энергии, т. е., когда невозможно поддерживать
тепловые требования потребителя на надлежа;
щем уровне.
Третим элементом блок;схемы КАСТ является
объект теплоснабжения, представляющий собой
отдельный промышленный или жилой дом, за;
проектированный с соблюдением типичных тре;
бований к таким сооружениям.
Комплексная альтернативная система тепло;
снабжения с использованием петротермальной
энергии показана на рис. 4.
Оптимизация систем петротермального теп;
лоснабжения может быть выполнена на основе
теоретико;графовых построений и эксерго;эко;
номического анализа [4–5].
Выводы
1. Теплота грунта может быть эффективно
использована для систем теплоснабжения или
долгосрочного аккумулирования энергии.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 33
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 3. Обобщенная схема КАСТ:
1 — солнечная система; 2 — грунтовая система;
3 — тепловой насос; 4 — система
теплоснабжения; 5 — дублер энергии.
2. Оптимальным является комплексное ис;
пользование солнечной и петротермальной энер;
гий в сочетании с теплонасосной установкой.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фролов Н.М. Температура Земли. – М.: Не;
дра, 1971. – 119 с.
2. Амерханов Р.А., Драганов Б.Х., Булгаков В.М.
Математическое и физическое моделирование за;
дачи энергосбережения в сооружениях защищен;
ного грунта // Збірник наукових статей. НАУ. –
2002. Вип. 10. – С. 7...14.
3. Денисова А.Е., Мазуренко А.С., Тодорцев
Ю.К. Модель комплексной альтернативной сис;
темы теплоснабжения // Экотехнологии и ресур;
сосбережения. – 2000. – № 5. – С. 8…12.
4. Bejan A., Tsatsaronis G., Moran M. Thermal
Desigh and Optimization. – New York: J. Wiley,
1996.
5. Dragan G., Draganov B. Methods of power
system optimization // Електрифікація та автома;
тизація сільського господарства. – 2002. № 1. –
С. 98;101.
Получено 10.03.2006 г.
34 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 4. Схема теплоснабжения на основе двух возобновляемых источников
энергии с применением теплонасосной установки:
1 — плоский солнечный коллектор; 2 — теплообменник; 3 — бак�аккумулятор теплоты; 4 — тепловой
насос; 5 — система отопления; 6 —грунтовые теплообменники; 7 — трехходовой регулирующий клапан;
8 — термометр; 9 — насос; 10 — клапан для регулирования расхода в контуре потребителя;
11 — предупредительный клапан; 12 — уровнемер; 13 — контрольно�измерительное устройство и
автоматика контура гелиоколлектора; 14 — датчик температуры контура гелиоколлектора;
15 — воздушный клапан; 16 — обратный клапан; 17 — датчик температуры аккумулятора
гелиоконтура; 18 — датчик температуры грунтовой системы; 19 — насос грунтовой системы;
20 — система регулирования контура грунтовой системы; 21 — входной клапан; 22 — система
контроля и регулирования температуры воздуха в помещении при работе системы теплоснабжения от
возобновительных источников или от резервного источника энергии; 23 — резервный источник энергии.
|