Использование низкопотенциальной тепловой энергии земли для теплоснабжения сельского потребителя в условиях Южного Урала

• Автор: Низамутдинов, Ринат Жаудатович
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 180 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования
1.1. Проблема энергообеспечения мира и России
1.2. Использование нетрадиционных источников энергии
1.3. Опыт использования низкопотенциальной тепловой энергии земли для целей отопления и горячего водоснабжения
1.4. Технические средства для теплотрансформации низкопотенциальной тепловой энергии земли
1.5 Источники низкопотенциального тепла
1.6. Цель и задачи исследования
2. Теоретические исследования тепловых ресурсов грунтовых вод верхнего горизонта активного водообмена
2.1. Методы определения ресурсов подземных вод
2.2. Статистическая проверка исходной гидрометеорологической информации о подземном стоке в отношении гипотез случайности
2.3. Оценка возможности использования статистических моделей при анализе подземного стока верхнего горизонта активного водообмена
2.3.1. Методы определения параметров распределения
2.3.2. Оценка погрешностей параметров распределения
2.3.3. Оценка возможности использования различных законов распределения при моделировании подземного стока
2.4. Оценка валового теплового потока грунтовых вод
3. Методика выбора основных элементов теплонасосной установки в условиях Южного Урала
3.1. Расчет теплового баланса здания
3.2. Обоснование выбора системы отопления
3.3. Методика выбора элементов ТНУ для условий Южного Урала

3.3.1. Выбор холодильного агента (рабочего тела)
3.3.2. Расчет теплообменного аппарата (конденсатора)
3.3.3. Выбор компрессора
3.3.4. Выбор испарителя
4. Экспериментальное исследование и математическое моделирование
теплонасосной установки
4.1. Имитационное моделирование теплонасосной установки
4.2. Экспериментальное подтверждение имитационной модели теплонасосной установки в условиях Южного Урала
4.2.1. Методика проведения эксперимента
4.2.2. Создание и экспериментальное исследование опытной ТНУ
4.2.3. Результаты эксперимента
4.3. Сравнение результатов имитационного моделирования и экспериментального исследования ТНУ
. 5. Оценка эффективности применения теплового насоса в условиях Южного У рала
5.1. Методика оценки экономической эффективности
применения ТНУ
5.2. Оценка эффективности применения ТНУ в зависимости от географического расположения объекта отопления в Челябинской области
Выводы
Список литературы
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Повышение качества жизни неразрывно связано с повышением энергопотребления. Принципы развития энергетики, разработанные в середине 20 века, ориентированы на потребление органического топлива.
По оценкам специалистов, органическое топливо уже к середине двадцать первого века сможет удовлетворить запросы энергопотребителей только частично. Доктрина энергетической безопасности Российской Федерации предусматривает «рациональное сочетание централизованного и децентрализованного энергоснабжения ..., использование возобновляемых и местных источников энергии ...».
Сельские населенные пункты, а также объекты сельскохозяйственного производства, в силу территориальной рассредоточенности энергопотребителей и значительного числа объектов могут быть крупными потребителями малой энергетики. Для Южного Урала данная проблема наиболее актуальна, так как этот регион является дефицитным по электроэнергии, топливу и нефтепродуктам.
Анализ источников литературы показал, что Челябинская область обладает значительными изученными ресурсами возобновляемых нетрадиционных источников энергии - это энергия солнца, ветра, малых рек, и имеется опыт эксплуатации установок, использующих эти источники. Однако он обладает ресурсами как вторичного низкопотенциального тепла, так и низкопотенициальным рассеянным теплом земли и воды. В связи с этим возникает задача оценки потенциальных запасов этого тепла с целью его использования для отопления зданий индивидуальных сельских потребителей и разработка технологических схем преобразования низкопотенциального тепла для нужд отопления с использованием тепловых насосов. Ресурс низкопотенциального тепла практически не исследован, а имеющийся опыт эксплуатации установок, использующих этот ресурс, очень мал.

І 1 і

На основании таблицы 1.7 можно сделать вывод о том, что для сельскохозяйственного предприятия невозможно использовать такие источники тепла как, городской водопровод и сбросные воды. Данные источники могут использоваться только в городах и в промзонах.
Использование воздуха затруднено в связи с тем, что в Челябинской области наружный воздух по температурному потенциалу не удовлетворяет полностью предъявляемым требованиям к источнику первичной энергии для круглогодичной работы тепловых насосов. Чем больше разница температур между наружным воздухом и конденсатором, тем ниже эффективность работы теплонасосной установки. Данная зависимость представлена на рисунке 1.8.

Разность температур
Рисунок 1.8 - Зависимость коэффициента преобразования от разности температур на испарителе и конденсаторе
Существующие методы оценки теплофизических свойств почвогрунтов [123] достаточно точно позволяют оценить влияние окружающей среды на температуру почвы и процессы распределения тепла в грунте, но применяются на небольших глубинах и не учитывают гидрологических составляющих теплового потока.
В качестве источников теплоты служат обычные энергоносители окружающей среды, при этом нижние границы применения определяются для воды темпе-