Повышение эффективности парокомпрессионных теплонасосных установок с приводом от ДВС

• Автор: Гельманов, Равиль Ринатович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 175 с. : ил.

Содержание
Содержание

Основные обозначения

Введение

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПАРОКОМПРЕССИОННЫХ ТНУ С ПРИВОДОМ ОТ ДВС

1.1 Анализ особенностей устройства и циклов ТНУ

1.2 Реальные конструктивные решения парокомпрессионных ТНУ с приводом от ДВС

1.3 Перспективы и экологическая целесообразность применения альтернативных хладагентов в тепловых насосах
1.4 Экономические и экологические аспекты применения в качестве привода ТНУ ДВС на различных топливах

1.5 Выводы и постановка задач исследований

1.6 Список литературы к главе

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТНУ С ПРИВОДОМ ОТ ДВС
2.1 Основные расчетные зависимости
2.1.1 Описание программного комплекса «Поток»
2.1.2 Метод представления термодинамических и теилофизических функций
2.1.3 Расчет компрессора
2.1.4 Расчет теплообменника
2.1.5 Расчет дросселя
2.2.6 Расчет ТНУ с приводом от ДВС
2.2 Список литературы к главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ГТНУ
3.1 Схема экспериментальной установки
3.2 Методика проведения экспериментов
3.3 Обработка опытных данных и оценка погрешностей
3.4 Результаты экспериментальных исследований и их анализ
3.5 Список литературы к главе

ГЛАВА 4. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ СХЕМ ТНУ С ЦЕЛЬЮ ВНЕДРЕНИЯ В СУЩЕСТВУЮЩИЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
4.1 Анализ схемных решений ТНУ на различных хладагентах
4.2 Разработка схемы децентрализованного теплоснабжения с использованием ГТНУ
4.3 Расчетные исследования характеристик промышленного образца ТНУ с приводом от двигателя КАМАЗ
4.4 Основные рекомендации для проектирования ГТНУ
4.5 Список литературы к главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Глава 1. ОБЗОР ПАРОКОМПРЕССИОННЫХ ТНУ С ПРИВОДОМ ОТ ДВС.
1.1. Анализ особенностей устройства и циклов ТНУ.
Отопление - одна из самых неэффективных форм производства и потребления энергии в России. Для РФ проблема энергообеспечения становится одной из главных в борьбе за выживание, главным образом, из-за географического положения, когда на большей территории страны продолжительность отопительного сезона составляет от 100 до 365 дней в году. К тому же, в XX веке установилась жесткая связь между экономическим ростом и развитием энергетики. Так, чтобы национальный продукт вырос на 1%, нужно обеспечить такой же или больший прирост энергопотребления [43]. По данным директора Института энергетической стратегии Бушуева В.В. [9], энергоемкость ВВП Российской Федерации примерно в 3 раза выше, чем среднемировое значение этого показателя, и в 5,5 раза выше по сравнению с западноевропейскими странами.
Известно, что подавляющую часть расходуемого ежегодно топлива человек тратит на получение тепла с относительно невысокой температурой для жилищно-бытовых и технологических нужд. Котельные, вырабатывающие только тепло, составляют примерно 52% всех мощностей по генерации тепла. В системах централизованного теплоснабжения котельные производят тепло и горячую воду зимой и только горячую воду летом. В летние месяцы расход энергии на производство горячей воды особенно неэффективен: котельные работают с низкой нагрузкой, и потери при распределении велики вне зависимости от того, нужна ли горячая вода или нет. Вдобавок ко всему, дополнительную нагрузку на энергоснабжение накладывают и системы кондиционирования воздуха. В результате вместо того, чтобы существенно уменьшить количество потребляемой энергии летом, потребителям приходится оплачивать расходы и на горячее водоснабжение, которое обеспечивается работой котельных в неэффективных режимах, и на кондиционирование.
Одним из перспективных методов экономии топлива является применение тепловых насосов, преобразующих природную низкопотенциальную теплоту и сбросные тепловые отходы предприятий в теплоту более высокого потенциала. Термодинамические основы работы ТНУ подробно представлены в [63, 77, 87, 88, 114 и др.].

приходится на ОГ, представляющие собой аэрозоль сложного, зависящего от режима работы двигателя состава [29].
Физико-физические основы образования различных веществ в цилиндре различных двигателей подробно рассмотрены в работах [24, 29, 34, 44, 49, 52, 69], из которых видно, что состав отработавших газов двигателей ДВС зависит не только от типа используемого топлива, по и от типа организации и совершенства рабочего процесса двигателя.
ОГ двигателей представляют собой многокомпонентную смесь, содержащую продукты полного сгорания топлива (диоксид углеродаС02и вода Н20) и продукты неполного сгорания (оксид углерода СО, газообразные углеводороды СНХ, альдегиды ЯСНО, сажа С) [29, 44]. В ОГ присутствуют также неиспользованный при сгорании кислород 02, содержащийся в воздухе азот Н2 и продукты его окисления - оксиды азота МОх, газообразные продукты окисления серы, имеющейся в топливе (в основном 502), оксиды свинца РЪО (при применении этилированного бензина). Свою долю в выбросы углеводородов вносит смазочное масло, попадающее в камеру сгорания со стенок цилиндра двигателя.
Всего в отработавших газах ДВС насчитывают несколько сот различных видов углеводородов, но та часть отработавших газов, которая определяет экологический уровень двнгаїелей, составляет не более 1% от общего расхода ОГ [44]. К таким компонентам ОГ прежде всего относят: оксид азота НОх, оксид углерода СО, углеводороды СпНт, альдегиды ЯСНО, соединения серы Б02 и 503, сажу С, оксиды свинца РЬО и различные дисперсные частицы. При достижении определенной концентрации в воздухе все указанные вещества (кроме сажи) могут привести к летальному исходу [44, 69].
Отсутствие в газообразных топливах высокомолекулярных углеводородов, в том числе и полнциклических ароматических углеводородов (ПАУ), позволяет достигать незначительного содержания канцерогенного бенз(а)гшрена С20//,2 (рисунок 1.3).
Из рисунка 1.3 видно, что с экологической точки зрения природный газ (метан) и нефтяной газ (пропан) являются более привлекательными топливами, в первую очередь, относительно выбросов сажи (С), бенз(а)пирена (БП) и оксидов азота (МОх).
Особо следует остановиться на выбросах углеводородов СпНт [23]. Компоненты выхлопных газов сами по себе не представляют значительной опасности для людей и окружающей среды, тем не менсс, количество выбросов С,ограничиваются, т.к. СпНт претерпевают в атмосфере превращения. Суть этих превращений состоит в фотохимическом окислении под действием ультрафиолетового облучения, которое может ускоряться в