РОЗДІЛ 2
БАЗОВІ ПОЛОЖЕННЯ ТА ПЕРЕДУМОВИ ДЛЯ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ КОМПЛЕКСНОЇ
АЛЬТЕРНАТИВНОЇ СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
2.1. Стан питання щодо дослідження моноструктурних та комплексних
альтернативних систем теплопостачання
Аналізуючи широко відомі у світі теоретичні та експериментальні дослідження
альтернативних систем теплопостачання з використанням одного відновлювального
джерела енергії (моноструктурних систем) на базі теплонасосного циклу
[16,20,33,35,21–24,67–74], а також вітчизняні [15–19] та зарубіжні наукові
публікації [26, 46–49, 68, 75 – 78], в яких містяться відомості про можливість
використання комплексних альтернативних систем теплопостачання з двома
відновлювальними джерелами (біструктурних систем) – сонячної і ґрунтової
енергії, можна зробити висновок про те, що останні досліджені явно
недостатньо.
Слід зауважити, що на відміну від традиційних моноструктурних систем сонячного
теплопостачання, для яких існують рекомендації, щодо їх конструктивних
особливостей та ефективності роботи в ряді географічних регіонів,
моноструктурні системи ґрунтового теплопостачання, незважаючи на те, що вони
все частіше пригортають увагу спеціалістів галузі [26, 46, 48, 68, 74, 75, 79],
недостатньо вивчені. В першу чергу вказане стосується досліджень процесів
теплообміну в низькотемпературних ґрунтових теплообмінниках; не вирішені
питання, щодо конструктивних особливостей ГТ (тип, міжкрокова відстань, число
трубок, глибина установки і т.п.).
Що стосується результатів досліджень і аналізу моноструктурних активних
сонячних установок та моноструктурних ґрунтових систем, можна розрізняти їх
основні типи за наступними відокремлюючими ознаками:
– щодо виду робочого тіла;
– щодо функціонального призначення: однофункціональні, тобто окремо гаряче
водопостачання, опалення чи кондиціювання повітря та багатофункціональні, тобто
суміщені можливості постачання енергії;
– щодо конструктивного виконання: суміщеного типу, для тепло- і
холодопостачання споживачів, та відокремленого типу, тобто для забезпечення
споживачів тільки одним видом теплової енергії;
– щодо способу перетворення відновлювальної енергії: безпосередній (прямий)
спосіб, коли одержана енергія безпосередньо поступає до споживача, и
опосередкований (непрямий) за допомогою проміжного перетворення енергії у
теплонасосному циклі;
– щодо кількості джерел відновлювальної енергії: моноструктурна або
поліструктурна схема. У моноструктурній схемі використовується один вид енергії
(наприклад, інсоляція) у інтегрованій (поліструктурній) схемі використовуються
одночасно декілька видів енергії (наприклад, сонячна, ґрунтова, геотермальна та
ін.). У біструктурній схемі можуть бути використані два види відновлювальної
енергії (наприклад, сонячна і ґрунтова);
– щодо тривалості експлуатації: сезоні і цілорічні.
В теперішній час найбільш поширені моноструктурні водяні геліосистеми
теплопостачання, загальний принцип створення яких сформульовано в роботі [22].
Сонячні системи теплопостачання в більшості випадків виконують
однофункціональними, з використанням замкнутої системи циркуляції робочого тіла
в геліоконтурі та контурі споживача. Основним елементом моноструктурної
геліосистеми теплопостачання (ГСТ) є плоский сонячний колектор, що поєднується
з баком-акумулятором, як правило, водяним. Енергетичні характеристики ГСТ
безпосередньо залежать від геометричних розмірів геліоколектора і посередньо
залежать від об’єму бака-акумулятора теплової енергії. Звичайно використовують
бак-акумулятор великої ємності для короткострокового періоду зберігання гарячої
води.
На практиці найчастіше використовують теплонасосні сонячні системи
теплопостачання трьох основних конфігурацій, які залежать від способу
підведення низькопотенційної енергії у випарник теплового насосу: типова схема
[24, 76 – 80], схема з паралельним включенням [81], двоконтурна схема, в якій
альтернативним теплоносієм для теплового насосу є навколишнє повітря [82].
Тепловий насос, що використовується для цілей опалення, характеризується
невеликою потужністю [83].
Звичайно для порівняння продуктивності різних схемних рішень сонячного
теплопостачання використовуються, так звані, фактори теплової ефективності
відновлювальних джерел енергії [73, 81]. Вказані фактори визначають частку
заміщення палива відновлювальними джерелами енергії при забезпеченні потреб
споживача, але не враховують вид палива та його вартість. Найбільш поширені
моноструктурні сонячні установки (рис. 1.1 – 1.5).
В дослідженнях, що стосуються моноструктурних ґрунтових систем теплопостачання
(ГрСТ) [75 – 94], ці системи звичайно називають “зимовими акумуляторами тепла”
(англ. “Cold Temperature Ground Store”). В них використовується ґрунт як
первинне джерело відновлювальної енергії, температурний потенціал якого на
початку роботи системи, як правило, оцінюється на рівні 10 оС і далі в процесі
довготривалої експлуатації має тенденцію до зменшення.
Система довгострокового акумулювання ґрунтової енергії може бути
низькотемпературною, середньотемпературною і високотемпературною, відповідно, з
рівнем температурою перед початком сезону опалення 35 оС, 60 оС, 95 оС. Згідно
до відокремлюючих ознак моноструктурних систем, ґрунтові системи бувають як
безпосереднього та опосередкованого підігріву теплоносія. У системах
опосередкованого підігріву використовується первинний контур циркуляції
робочого тіла ґрунтових теплообмінників, що сполучається з випарником теплового
насосу [75 – 78], а у системах безпосереднього підігріву випарник теплового
насо
- Київ+380960830922