Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

Новые технологии в системах теплоснабжения
Методические указания к лабораторным работам для магистрантов
специальности 6М071700 – «Теплоэнергетика»

 

Алматы 2012

 

СОСТАВИТЕЛЬ: С.К. Абильдинова., А.А.Елеманова.Новые технологии в системах теплоснабжения. Методические указания к лабораторным работам для магистрантов  специальности 6М071700 - «Теплоэнергетика»(профильная магистратура). -Алматы: АЭУС, 2013.- 42 с.

 

Методические указания предназначены для магистрантов, обучающихся по направлению 6М071700 – «Теплоэнергетика» (профильная магистратура) по специализации «Промышленная теплоэнергетика».

В методических указаниях даны описания отдельных иновационных технологий, применяемых в  системах автономного энергоснабжения с использованием нетрадиционных возобновляемых источников тепла. Даны краткие теоретические сведения и экспериментальные методы изучения современных технологий, рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Методические указания к лабораторным работам составлены в соответствии с требованиями квалификационной характеристики специалистов и Государственных стандартов. Они направляют обучающихся на самостоятельную активизацию учебного процесса и включают в себя обоснование изучения темы, решения задач на заданную тему и способы их решения. В расчетах используются значения параметров, полученных экспериментально на действующей установке.

Илл. 8 , табл 8, библиогр.7 назв.

Рецензент: доцент кафедры «ТЭУ», Туманов М.Е.

Печатается по основному плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013 г.

© НАО «Алматинский университет  энергетики и связи», 2013 г.

Сводный план 2013г., поз 63

1 Лабораторная работа №1. Экспериментальное исследование теплового баланса когенерационной (тригенерационной) установки

          Цель работы: теоретическое определение количества тепла, подводимого при сжигании топлива в номинальном режиме, количества тепла, унесённого водой и маслом, уносимого выхлопными газами, а также температуры и расхода уходящих газов, составление баланса тепловой мощности двигателя; определение суммарного тепла, передаваемого в процессе работы когенерационной (тригенерационной) установки в автономную систему теплоснабжения.

1.1 Устройство и работа лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из двигателя внутреннего сгорания, закрепленного на раме остова, который посредством амортизаторов установлен на полу лаборатории, а также содержит два бака - накопителя тепловой энергии емкостью по 300 литров каждый, выносной электронный пульт управления с программным обеспечением и компьютером, устройство для согласования диагностических параметров всех систем лабораторной установки с компьютером электронного пульта управления.

На раме и других элементах остова двигателя установлены:

- газоводяной теплообменник для утилизации тепла выходных газов двигателя;

- два компрессора ТНУ с механическим приводом от вала двигателя посредством клиноременных передач, штатный электрогенератор мощностью ;

- штатный пульт управления с элементами сигнализации;

- два конденсатора, два испарителя;

- радиатор системы охлаждения двигателя и другое оборудование теплонасосной установки;

-  элементы устройства утилизации тепла масляной системы и системы охлаждения двигателя.

Баки- накопители тепловой энергии установлены на отдельных рамах. На раме бака ТНУ установлено оборудование холодильника.

Все перечисленное оборудование показано на рисунке 1, рисунке 2 и указано в их подрисуночных надписях.

Штатная энергетическая установка, выполненная на базе двигателя внутреннего сгорания Д905-ЕВG-2, предназначена для выработки электрической энергии, т.е. двигатель в этой установке работает только на электрогенераторе мощностью  .

 

1 – двигатель внутреннего сгорания в сборе; 2 – бак - накопитель тепла, утилизируемого из выходных газов и системы охлаждения двигателя; 3 – бак накопитель тепла ТНУ; 4 – электронный пульт управления с программным обеспечением и компьютером; 5 – устройство для согласования диагностических параметров с компьютером.

Рисунок 1.1 – Тригенерационная лабораторная установка кафедры ПТЭ для проведения удаленного эксперимента (вид спереди)

1 – двигатель внутреннего сгорания; 2 – рама остова двигателя; 3 – бак -накопитель тепла ТНУ; 4 – штатный пульт управления с элементами сигнализации; 5 – устройство для согласования диагностических параметров установки с компьютером; 6 – газоводяной теплообменник; 7 - компрессор ТНУ; 8- штатный электрогенератор; 9 – конденсаторы ТНУ; 10 – испарители ТНУ; 11 – радиатор системы охлаждения двигателя; 12 – холодильник.

Рисунок 1.2 – Тригенерационная лабораторная установка кафедры ПТЭ для проведения удаленного эксперимента (вид сбоку)

1. 1 Порядок и алгоритм проведения расчётов

          1.1.1 Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1кг. дизельного топлива: ,.

          1.1.2 Коэффициент избытка воздуха в дизелях . Принимаем . (При меньших значениях происходит неполное сгорание топлива, что приводит к снижению экономичности, надёжности, перегреву).

          1.1.3 Расход топлива на 1 кг воздуха:

, .

          1.1.4 Часовой расход воздуха в двигателе находим из выражения:    

.                                   (1.1)

          Здесь z=3 – число цилиндров.

- литровой объем одного цилиндра.

72 мм=0,72 дм – диаметр цилиндра.

73,6 мм=0,736 дм – ход поршня.

0,88 – коэффициент наполнения.

          Температура воздуха в конце процесса впуска в двигателях без наддува за счет нагрева от горячих поверхностей цилиндра и поршня ,составляет . Принимаем в расчете (100). При такой температуре и давлении, близком к атмосферному, плотность воздуха:

0,946 .

- число оборотов коленчатого вала двигателя в номинальном режиме. Тогда:   

                                     ,.                                               (1.2)

          Перевести в размерность .

          1.1.5 Расход топлива в единицу времени в номинальном режиме составит величину

                                     ,.                                                      (1.3)

Далее рассчитать в размерности , , , , .

          1.1.6 Удельный эффективный расход топлива на единицу вырабатываемой электрической мощности составляет:

                                  , , .                                          (1.4)

          1.1.7 Количество тепла подводимого при сжигании топлива в номинальном режиме будет равно:  ,                                            (1.5)

. 

          1.1.8 Индикаторная мощность двигателя определяется из выражения:                               

                                       , .                                            (1.6)

          1.1.9 Количество тепла, уносимого с выхлопными газами, составляет: , что составляет от тепла, вносимого при сжигании топлива, следующее количество в %.

          1.1.10 Из технической характеристики двигателя известно, что эффективная мощность двигателя на коленчатом валу , а электрическая мощность - .

          Можно полагать,  что

.

          Эта мощность расходуется на привод вентилятора, электрогенератора подзарядки аккумуляторных батарей, насосов топлива, воды, масла ( в % это составляет величину).

          1.1.11 Тепло, унесенное водой и маслом, а также потери на трение цилиндро-поршневой группе составляют: , что составляет в % следующую величину.

          1.1.12 Эффективный КПД установки без утилизации тепла уходящих газов составляет:

                                                       ,%.                                               (1.7)

          1.1.13 Температура газов на выходе из цилиндров двигателя может быть определена из выражения:

                       .                (1.8)

          Здесь , тепловая мощность уходящих выхлопных газов. Уменьшаемое правой части - это тепловая мощность газов со средней температурой , проходящих через цилиндры, в том числе и идущей на нагрев поверхностей цилиндров и поршней.

          Вычитаемое - это тепловая мощность, передаваемая воздуху от горячих поверхностей двигателя в процессе наполнения цилиндров свежим воздухом.

- теплоемкость газов при температуре (принято ) и .

- теплоемкость воздуха.

          После преобразования получим:

                                                               (1.9)

          Полученный результат по температуре выходных газов двигателя для номинального режима работы сравнить с экспериментальным значением и сделать выводы. Значения температуры для холостого и промежуточного режимов будет меньше в результате больших коэффициентов избытка воздуха на этих режимах работы двигателя.

          1.1.14 Баланс тепловой мощности имеет вид:

                                                                         (1.10)

          В процентах получается. Рассчитать и проставить числовые значения Сделать анализ полученных результатов.

          Из теплового баланса следует, что наибольший эффект можно получить в результате утилизации тепла выхлопных газов, причём путем применения простых технических решений, не нарушая системы жизнеобеспечения двигателя и не снижая его надежность, а также в результате утилизации тепла воды, охлаждающей двигатель и масло масляной системы двигателя.

 

1.2 Процессы сжатия и расширения в цилиндрах двигателя

В процессе сжатия воздуха в цилиндрах двигателя давление увеличивается в результате уменьшения объема и за счёт увеличения температуры. Степень повышения давления в процессе сжатия  (из характеристики).

          1.2.1 В конце такта сжатия давление достигает

.

          1.2.2 Удельная работа, затрачиваемая на адиабатическое сжатие 1 кг воздуха в цилиндрах, составляет величину:

.

          1.2.3 Температура воздуха в цилиндрах двигателя в конце сжатия:

.

          При впрыске топлива в цилиндры двигателя под давлением посредством форсунок, топливо оказывается в мелкодисперсном состоянии и хорошо перемешивается с горячим воздухом. Происходит воспламенение и горение топлива, причем при любом значении коэффициента избытка воздуха . Для полного сгорания топлива .

В конце сгорания топлива давление в цилиндрах достигает а температура газов при и Т_к=2150⁰К (см. приложение 2).

          В процессе расширения газов совершается полезная работа. При этом поршень движется от ВМТ до НМТ. При положении поршня от ВМТ 1015⁰ угла поворота вала наступает конец сгорания топлива. При этом температура и давление газов максимальные. По мере дальнейшего движения поршня к НМТ давление и температура газов уменьшаются и достигают атм. ⁰К, не доходя до НМТ, на угла поворота коленчатого вала открывается клапан выпуска. При этом до НМТ из цилиндра со скоростью м/с выбрасывается около 70% газов. После прохода поршнем НМТ процесс выпуска газов продолжается. При подходе поршня к ВМТ скорость истечения газов уменьшается, давление снижается до МПа, а температура до . Не доходя поршня к ВМТ до 1015⁰, открывается клапан впуска в цилиндр свежего воздуха, а клапан выпуска газов закрывается за ВМТ через 1520⁰, т.е. на участке угла поворота коленчатого вала, равном 2535⁰, одновременно открыты впускной и выпускной клапана. Значения температур и давления газов, приведенные в анализе, получены расчетом и экспериментально. Эти данные приведены в [2], [3]. Для утилизации тепла выхлопных газов на выхлопном тракте двигателя устанавливаем рекуперативный газо-водяной теплообменник для получения горячей воды. Горячая вода может использоваться для обогрева здания и для бытовых нужд.

1.3 Порядок проведения лабораторной работы

          1.3.1 Убедиться, что все требования выполнены для безопасного включения двигателя в работу.

          1.3.2 Включить систему электропитания функциональных систем жизнеобеспечения двигателя системы диагностики и управления.

          1.3.3 Через компьютер, используя принципиальную схему установки, включить в работу циркуляционные насосы всех водяных контуров системы утилизации тепла выходных газов, воды системы охлаждения двигателя и теплонасосных установок.

          1.3.4 Зафиксировать количество топлива в расходной ёмкости установленной на электронных весах.

          1.3.5 Зафиксировать по счетчикам расхода теплоносителя по всем водяным контурам.

          1.3.6 Через компьютер, используя принципиальную схему установки, включить в работу двигатель. Двигатель будет работать по программе. Через каждые 2 минуты работы двигателя на принципиальных схемах установки будут автоматически фиксироваться значения измеряемых параметров систем установки (температур и давления теплоносителей в контурах и баках-аккумуляторах).

          1.3.7 Через каждые 2 минуты работы двигателя, используя секундомер, нужно фиксировать количество оставшегося топлива в мерной ёмкости по показаниям электронных весов.

В будущем этот параметр должен быть заведен в программу компьютера.

          1.3.8 По полученным значениям показаний электронных весов определяем расход топлива в каждый 2-х минутный промежуток времени работы двигателя и записываем эти значения в таблицу 1.1.

 

Таблица 1.1

Режим работы	№ пром. времени	Время в минутах	Кол-во расх. топлива G*Ti, кг		Удельный  расход топлива gTi, (кг.топл/ кг.возд)	Коэф. избытка воздуха, αi	Расход топлива GTi , кг/с	Кол-во тепловой энергии  , подводимого при сжигании топлива			Расход газов ,
								кВт	кДж	ккал ккал	кг/с
1	2	3	4		5	6	7	8	9	10	11
Х	1	2	0,017			4,55
Х	2	4	0,017			4,55
Х	3	6	0,017			4,55
Х	4	8	0,022			3,5
Х	5	10	0,026			2,96
Х	6	12	0,023			3,305
пр	7	14	0,034			2,12
пр	8	16	0,037			2,09
пр	9	18	0,039			1,98
пр	10	20	0,038			2,03
Х	11	22	0,022			3,5
Х	12	24	0,023			3,305
пр	13	26	0,039			1,98
пр	14	28	0,042			1,84
X	15	30	0,023			3,305
Нр					0,0435	1,6	0,000407				0,00977

          1.3.9  После выполнения заданной программы работы двигатель будет остановлен автоматически.

1.4 Методика достижения поставленной цели и решения задач

          1.4.1 Из эксперимента известен расход топлива , кг в каждый 2-х минутный промежуток времени работы двигателя. Работа двигателя в каждый из 15 двух минутных промежутков времени осуществлялась на холостом режиме, или при включенном под нагрузку одним компрессором из двух, т.е. в промежуточном режиме. В таблице 2.1 участки работы двигателя на холостом режиме обозначены значком “х”, а на промежуточном значком “пр”.

          1.4.2 Имеем в виду, что на всех режимах работы двигателя число оборотов коленчатого вала двигателя одинаково и равно . Это означает, что часовой расход воздуха в двигателе одинаково на всех режимах работы, который определяется из выражения:

                                                 .                                    (1.11)

          Здесь: z =3 – число цилиндров.

         

–литровый объем одного цилиндра.

            – диаметр цилиндра;

            – ход поршня;

            =0,88 – коэффициент наполнения.

          Температура воздуха в конце процесса впуска, в двигателях без наддува, за счет нагрева от горячих поверхностей цилиндра и поршня, составляем . Можно принять в расчете . При такой температуре и давлении,  близком к атмосферному, плотность воздуха

            ³.

            – число оборотов коленчатого вала двигателя.

          Тогда:

.

          1.4.3 Удельный расход топлива на 1 кг воздуха g_Тi в каждый 2-х минутный промежуток времени определяем из выражения:

                                           .                                              (1.12)

          Полученные значения сводим в таблицу 2.1. Из анализа полученных результатов можно принять для холостого режим , для промежуточного режима . Для номинального режима эксперимент не проводился, однако значение можно определить расчетным путем.

          1.4.4 Определяем коэффициент избытка воздуха на двухминутном временном интервале работы двигателя из выражения:

                                                                                                          (1.13)

          Значение теоретически необходимого количество воздуха для сжигания 1 кг дизельного топлива можно определить по формулам Менделеева [3].

          Состав дизельного топлива: (, , , ).

.

          Затем .

          С учетом плотности воздуха , находим массовое количество теоретически необходимого воздуха для сжигания 1 кг дизельного топлива из выражения:

                                             .                                           (1.14)

          Значение для дизельного топлива можно также принять из источника [4], (см. приложение, таблица 2, стр. 61). Затем по вышеприведенной формуле находим для каждого временного интервала . Значения записываем в таблицу

          1.4.5 Коэффициент избытка воздуха в дизелях на номинальном режиме обычно составляет в нашем случае можно принять.

          При меньших значениях происходит не полное сгорание топлива, что приводит к снижению экономичности и перегреву двигателя.

          1.4.6 Удельный расход топлива на 1 кг воздуха в номинальном режиме должен составить величину:

                                   .                            (1.15)

          Значение принято из источника [4].

          1.4.7 Расход топлива на каждом временном участке находим из выражения:

                                                      .                                                            (1.16)

          Полученные значения и записываем в таблицу 1.1.

          Эксперимент для номинального режима не проводился, поэтому все параметры для номинального режима могут быть получены расчетным путем и тоже записаны в таблицу 1.1 отдельной строкой, например, расход топлива в номинальном режиме:

 

          2 Лабораторная работа №2. Теплоснабжение индивидуального здания на примере использования солнечной энергии

 

   Цель работы: изучение  примеров использования энергии солнца для теплоснабжения индивидуальных зданий, освоение методики расчета  теплопроизводительности солнечных коллекторов, приобретение знания и навыков  выбора конкретного типа  солнечного коллектора и их установки в активные или пассивные системы автономного теплоснабжения.

 

  2.1 Теоретическое введение

 

          2.1.1         Энергия Солнца.

          Солнце - гигантское светило, имеющее диаметр 1392 тыс. км. Его масса (2·10³⁰ кг) в 333 тыс. раз превышает массу Земли, а объем в 1,3 млн. раз больше объема Земли. Химический состав Солнца: 81,76 % водорода, 18,14 % гелия и 0,1% азота. Средняя плотность вещества Солнца равна 1400 кг/м³. Солнечную энергию люди используют с древнейших времен. Еще в 212 г. н.э. с помощью концентрированных солнечных лучей зажигали священный огонь у храмов. Согласно легенде, приблизительно в то же время греческий ученый Архимед при защите родного города поджег паруса римского флота.

Солнечная радиация - это неисчерпаемый возобновляемый источник экологически чистой энергии.

Верхней границы атмосферы Земли за год достигает поток солнечной энергии в количестве 5,6·10²⁴ Дж. Атмосфера Земли отражает 35 % этой энергии обратно в космос, а остальная энергия расходуется на нагрев земной поверхности, испарительно-осадочный цикл и образование волн в морях и океанах, воздушных и океанских течений и ветра.

Среднегодовое количество солнечной энергии, поступающей за 1 день на 1м² поверхности Земли, колеблется от 7,2 МДж/м² на севере до 21,4 МДж/м²  в пустынях и тропиках.

Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах. Солнечные установки находят применение в системах отопления и охлаждения жилых и общественных зданий, в технологических процессах, протекающих при низких, средних и высоких температурах.

 

2.1.2 Солнечные системы автономного теплоснабжения.

Основным конструктивным элементом солнечной установки является коллектор, в котором происходит улавливание солнечной энергии, ее преобразование в теплоту и нагрев воды, воздуха или какого-либо другого теплоносителя. Различают два типа солнечных коллекторов – плоские и фокусирующие. В плоских коллекторах солнечная энергия поглощается без концентрации, а в фокусирующих с концентрацией, т.е. с увеличением плотности поступающего потока радиации. Наиболее распространенным типом коллекторов в низкотемпературных гелиоустановках является плоский коллектор солнечной энергии (КСЭ). Его работа основана на принципе горячего ящика, который легко представить себе, если вспомнить, как нагревается на солнце салон закрытого автомобиля, который служит своеобразной ловушкой для солнечных лучей, поступающих в него через прозрачные поверхности остекления. Для того чтобы изготовить плоский КСЭ, необходима прежде всего лучепоглощающая поверхность, имеющая надежный контакт с рядом труб или каналов для движения нагреваемого теплоносителя. Совокупность плоской лучепоглощающей поверхности труб (каналов) для теплоносителя образует единый конструктивный элемент – абсорбер. Для лучшего поглощения солнечной энергии верхняя поверхность абсорбера должна быть окрашена в черный цвет или должна иметь специальное покрытие.

 

Плоский солнечный коллектор (СК-1.1) из алюминиевого сплава, выпускаемый с 1991 года: 1 — трубный регистр; 2, 3 — коллекторные трубы; 4 — корпус солнечного коллектора; 5 — крепежный уголок; 6 — стекло; 7 — крепежный элемент; 8 — теплоизоляция.

Рисунок 2.1- Общий вид солнечного коллектора

 

На рисунке 2.1 представлен общий вид солнечного коллектора (СК), разработанного НПФ «Новые Технологии». Тепловоспринимающая панель коллектора выполнена в виде регистра труб с плавниковыми ребрами, изготовленными из антикоррозионного алюминиевого сплава.

          Солнечный коллектор включает гидравлические коллекторы (2, 3), корпус из профилированного алюминия, высокоэффективную теплоизоляцию. Благодаря особой конструкции крепежной части, обеспечивается простой и надежный способ установки стекла 6.

          Разработчиками выпускаются две модификации солнечных коллекторов с площадью теплоприемника 1,1 и 2,0 м². Один коллектор модификации СК-1.1 обеспечивает нагрев 80 л воды до 55–60 °С в условиях июля в Одессе.

Современные солнечные водонагревательные установки (СВУ) состоят из солнечного коллектора, бака-аккумулятора и соединительных трубопроводов. Солнечный коллектор воспринимает лучистую энергию и передает это тепло протекающему через коллектор теплоносителю. Коллекторы имеют специальное селективное покрытие поверхности, которая обращена к Солнцу. Это покрытие позволяет поглощать почти весь видимый и инфракрасный спектр солнечного излучения. Все поверхности коллектора, которые находятся в тени (торцевые и задняя стенки), имеют однослойную или двухслойную тепловую изоляцию. Поэтому потери тепла через эти поверхности почти в 10 раз меньше, чем поступает от поверхности, которая направлена на Солнце. Современный бак-аккумулятор также  максимально теплоизолируется. Отбор горячей воды из бака-аккумулятора обычно осуществляется из верхней части. Поэтому для накопления в этой части бака воды с максимальной температурой в нем устанавливают специальные устройства, которые максимально подавляют вертикальное перемешивание воды по высоте бака.

Бак-аккумулятор обычно устанавливают выше коллектора и в этом случае, в контуре происходит естественная циркуляция теплоносителя. Вода нагревается в коллекторе 1, поднимается по подъемному трубопроводу 2 и поступает в бак-аккумулятор 3. Горячая вода забирается из верхней части бака по трубопроводу 4. Подача холодной воды взамен истраченной горячей осуществляется по трубопроводу 8 через обратный клапан. Баки-аккумуляторы обычно оснащаются трубчатыми электрическими нагревателями (ТЭНами) 5 для подогрева воды в холодные дни или догрева в пасмурные дни.

 

 

1- коллектор солнечной энергии; 2- подъемный трубопровод; 3-бак;

4- водоспускной клапан; 5- змеевик; 6- теплоизоляция; 7-сливной патрубок;

8- подпиточный патрубок; 9- трубопровод опускной; 10-циркуляционный насос.

Рисунок 2.2- Схема водонагревательной установки

 

Солнечные водонагревательные установки (СВУ) являются аккумулирующей системой, потому что время прихода солнечной радиации ограничено световым днем, а потребление горячей воды должно быть обеспечено круглосуточно. Поэтому нагретая вода накапливается в баке-аккумуляторе, который имеет хорошую теплоизоляцию. В пасмурные дни подогрев воды производится электронагревателями (ТЭНами ), встроенными в бак-аккумулятор. При хорошей  теплоизоляции всех поверхностей бака-аккумулятора и трубопроводов температура воды уменьшится за ночь на 5-10 ^оС.

 

2.1 Классификация солнечных систем автономного теплоснабжения

 

2.1.1 Пассивная система – 1.

Одноконтурная система солнечного горячего водоснабжения с  пассивной циркуляцией теплоносителя представлена на рисунке 2.3.

По сути, она выполняет работу одноконтурной термосифонной системы для прямого нагрева воды.

Коллекторы, бак-аккумулятор и соединительные трубопроводы системы заполнены холодной водой. Солнечное излучение, проходя через прозрачное покрытие (остекление) коллектора, нагревает его поглощающую панель и воду в её каналах. При нагреве плотность воды уменьшается и нагретая жидкость начинает перемещаться в верхнюю точку коллектора и далее по трубопроводу – в бак-аккумулятор. В баке нагретая вода перемещается в верхнюю точку, а более холодная вода размещается в нижней части бака, т.е. наблюдается расслоение воды в зависимости от температуры. Более холодная вода из нижней части бака по трубопроводу поступает в нижнюю часть коллектора. Таким образом, при наличии достаточной солнечной радиации, в коллекторном контуре устанавливается постоянная циркуляция, скорость и интенсивность которой зависят от плотности потока солнечного излучения.

 

Рисунок 2.3- Принципиальная схема одноконтурной термосифонной системы солнечного горячего водоснабжения

 Постепенно, в течение светового дня, происходит полный прогрев всего бака, при этом отбор воды для использования должен производиться из наиболее горячих слоев воды, располагающихся в верхней части бака. Обычно это делается подачей холодной воды в бак снизу под давлением, которая вытесняет нагретую воду из бака.

  Особенностью систем является то, что в случае термосифонной системы нижняя точка бака-аккумулятора должна располагаться выше верхней точки коллектора и не далее 3-4 м. от коллекторов, а при насосной циркуляции теплоносителя расположение бака-аккумулятора может быть произвольным.

  

   2.1.2 Пассивная система -2.

К ним относятся двухконтурные системы с пассивной циркуляцией теплоносителя. Рассмотрим работу двухконтурной термосифонной системы, представленной на рисунке 2.4.

Работа такой системы аналогична работе одноконтурной системы, но в системе имеется отдельный замкнутый коллекторный контур, состоящий из коллекторов, трубопроводов и теплообменника в баке-аккумуляторе. Этот контур заправляется специальным (как правило, незамерзающим) теплоносителем. При нагреве теплоносителя в коллекторе он поступает в верхнюю часть теплообменника, отдает тепло воде в баке, и охлаждаясь, движется вниз ко входу в коллекторы, осуществляя постоянную циркуляцию при наличии солнечной радиации.

Полный прогрев бака происходит постепенно, в течение всего светового дня, но поскольку отбор воды к потребителю производится из наиболее прогретых верхних слоев, пользование горячей водой возможно и до полного прогрева.

Особенностью систем является то, что в случае термосифонной системы нижняя точка бака-аккумулятора должна располагаться выше верхней точки коллектора и не далее 3-4 м. от коллекторов, а при насосной циркуляции теплоносителя расположение бака-аккумулятора может быть произвольным.

 

Рисунок 2.4- Принципиальная схема двухконтурной термосифонной системы солнечного горячего водоснабжения

          2.2.3 Активная система.

Рассмотрим двухконтурные системы с активной циркуляцией теплоносителя, представленной на рисунке 2.5.

          В системах с принудительной циркуляцией в коллекторный контур включается циркуляционный насос, что дает возможность устанавливать бак-аккумулятор в любой части здания. Направление движения теплоносителя должно совпадать с направлением естественной циркуляции в коллекторах. Включение и выключение насоса производится электронным блоком управления, представляющим собой дифференциальное управляющее реле, сравнивающего показания датчиков температуры, установленных на выходе из коллекторов и в баке. Насос включается, если температура в коллекторах выше температуры воды в баке. Существуют блоки, позволяющие менять скорость вращения и подачу насоса, поддерживая постоянную разность температур между коллекторами и баком.

 

 

Рисунок 2.5-  Принципиальная схема двухконтурной активной системы солнечного горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией

 

На рисунках 2.6 и 2.7 показаны размещение элементов солнечной системы горячего водоснабжения и отопления в индивидуальном здании жилого типа.

 

Рисунок 2.6 - Размещение в здании элементов солнечной системы горячего водоснабжения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рисунок 2.7 – Циркуляция теплоносителей в системе горячего водоснабжения и отопления индивидуального здания

 

  2.3 Расчет  теплопроизводительности солнечной установки

 

    Выполнение точного теплового расчета солнечной системы теплоснабжения практически представляет большие трудности из-за необходимости учета влияния случайных колебаний климатических параметров и сложного характера взаимодействия между элементами системы. Поэтому обычно используются упрощенные методы, которые основаны на обобщении резуль­татов подробного моделирования гелиосистем с применением ЭВМ и дают возможность по­лучить долгосрочные характеристики проектируемой системы.

   Упрощенный метод теплового расчета солнечной установки отопления и г.в.с. здания по­зволяет определить ее основные параметры: площадь поверхности коллектора солнечной энергии А и объем аккумулятора теплоты V, а также найти характеристики энергетической эффективности — годовую долю солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки теплоснаб­жения и расчетную годовую экономию тепла.

          Тепловая мощность плоского коллектора солнечной энергии (КСЭ):

                  , (Вт)                      (2.1)

где  А - площадь поверхности КСЭ, м²;

        - плотность потока солнечной радиации, посту­пающей на поверхность коллектора, Вт/м²;

          η´_o — эффективный отопительный КПД коллектора;

          К'_К - общий коэффициент теплопотерь коллектора, Вт/(м^2-К);

           и - температура теплоно­сителя на входе в КСЭ и на выходе из него, °С;

           Т_в - температура наружнего воздуха, °С;

           G - массовый расход теплоносителя в КСЭ, кг/с;

          с_р — удельная изобарная теплоемкость теплоноси­теля, Дж/(кг-°С).

Удельная среднемесячная дневная теплопроизводительность коллектора солнечной энер­гии, МДж/м² в день:

q_k=E_kη´_o(1-aP + bP²) ,                               (2.2)

где Е_к — среднемесячное дневное количество солнечной энергии, поступающей на 1 м² площади поверхности КСЭ, МДж/м в день:

Е_к = RE                                             (2.3)

R -отношение среднемесячных дневных количеств солнечной радиации, поступающей на наклонную и горизонтальную поверхности.

        R — зависит от угла наклона КСЭ к горизонту, р, град., значение R даны  в  таблице приложения П1.

 Е — средне­месячное дневное суммарное количество солнечной энергии, поступающей на горизонталь­ную поверхность, МДж/(м²-дни); Значение  Е  дано в таблице  П2 приложения программного продукта  Delphi 7 в зависимости от  φ (геогра­фической широты места расположения коллектора) и температуры наружного воздуха. На­пример, для г. Киева (φ = 50,5° с.ш.).

 

Таблица 2.1

 

          Солнечные водонагревательные установки за год да­ют 250—350 кВт·ч/м² полезной энергии в умеренном кли­мате и 600—700 кВт-ч/м² в жарком климате.

Определение площади поверхно­сти КСЭ, требуемой для обеспечения заданной доли  f  -  солнечного теплоснабжения, может быть решена с помощью этого весьма при­ближенного метода:

                                                    .                                                 (2.4)

 

2.4 Методика выполнения лабораторной работы

 

Для выполнения лабораторной работы следует изучить основные типы солнечных систем теплоснабжения. В теоретическом введении  лабораторной работы  представлены описание и принцип работы активных и пассивных солнечных систем теплоснабжения. Лабораторную работу выполняют в два этапа. На первом этапе, используя модули элементов системы, необходимо представить электронную версию принципиальной схемы водяной активной и пассивной системы теплоснабжения. Варианты задания выбираются по указанию ведущего преподавателя из таблицы 2.4.

 

Таблица 2.4

 

На втором этапе рассчитывается тепловая производительность солнечного коллектора (КСЭ) для системы теплоснабжения индивидуального здания, расположенного в конкретном городе с заданной нагрузкой горячего водоснабжения

 

Таблица 2.5

№ варианта	1	2	3	4
Город	Алматы	Ашхабад	Баку	Ереван
Суточное потребление горячей воды,  м3/день	1,5	1,2	2,5	2,8
	5	6	7	8
Город	Киев	Кишинев	Бишкек	Тбилиси
Суточное потребление горячей воды,  м3/день	3,2	2,4	1,6	2,0

 

Для выполнения этого расчета необходимо изучить методику, представленную в разделе 2.4. Программа расчета тепловой производитель-ности солнечной установки составлена на языке программирования  Delphi 7. Для запуска программы расчета необходимо открыть документ Солнечные коллекторы.exe.

          На приборной доске (см. рисунок  2.7) представлены все необходимые элементы для построения электронной принципиальной схемы   системы теплоснабжения отдельного жилого здания.

К

Рисунок  2.7

 

2.6 Обработка опытных данных и составление отчета

 

2.6.1 Разработать схему солнечного теплоснабжения жилого здания согласно выданному варианту задания (см.таблицу 2.4);

2.6.2 Для расчета характеристик солнечного коллектора изучить расчетную программу Солнечные коллекторы.exe.

2.6.3 Рассчитать теплопроизводительность и необходимую площадь солнечных коллекторов для покрытия тепловой нагрузки горячего водоснабжения здания согласно пунктам задания в таблице 2.5.

2.6.4 Осуществить выбор типа и марки солнечного коллектора.

 

 

3 Лабораторная работа №3. Изучение процесса теплопередачи и гидравлического сопротивления  в рекуперативном двухходовом теплообменном аппарате

 

Цель работы: изучение процесса теплообмена на действующем аппарате; экспериментальное изучение влияния скорости движения теплоносителя на интенсивность теплообмена; экспериментальное определение коэффициента теплопередачи К в теплообменном аппарате (конденсаторе); получение зависимости термического сопротивления стенки со стороны воды от критерия Рейнольдса; построение зависимости критерия Эйлера от критерия Рейнольдса.

 

3.1 Теоретическая часть

 

          Рекуперативные (кожухотрубные) теплообменники.

          Эти теплообменники относятся к наиболее распространенным производственным теплообменным аппаратам. Рекуперативный теплообменник состоит из пучка труб, концы которых закреплены в трубных решетках, наружного корпуса и двух крышек (см.  рисунок  3.1).

Назначение аппарата – передача тепла от одного вещества,  проходящего по трубному (межтрубному) пространству теплообменника, к другому веществу,  проходящему по межтрубному (или трубному) пространству. В данной работе изучается передача тепла в рекуперативном теплообменнике при нагревании в нем воды греющим водяным паром (насыщенным), поступающим из парового электрокотла.

 

1 – корпус; 2 – пучок труб; 3, 4 – решетка трубная; 5,6 – крышка; I, II – теплоносители.

Рисунок 3.1 - Схема рекуперативного теплообменного аппарата

 

 

Рассмотрим процесс перехода тепла от пара, конденсирующегося в межтрубном пространстве, через стенку трубки к воде, проходящей по трубке, (см. рисунок 3.2)  давление пара постоянно во времени и практически одинаково в любом месте межтрубного пространства, следовательно, везде вдоль поверхности трубки будет одинакова и температура конденсирую-щегося пара. Температура воды вдоль поверхности трубки будет меняться, т.к. вода, проходя по трубке, нагревается.

 

Рисунок  3.2 - Схема процесса теплопередачи

 

Определение термического сопротивления.

Выделим в некотором месте трубки бесконечно малый кольцевой участок поверхности  . Пусть в этом месте температура воды внутри трубки будет . Тогда для установившегося процесса перехода тепла через участок поверхности  можно написать следующие уравнения:

1) Уравнение теплоотдачи – перехода тепла от конденсирующегося

пара к наружной поверхности трубки:

                   (3.1)

2) Уравнение теплопроводности – перехода тепла через стенку трубки:

                                                           .                                  (3.2)

3) Уравнение теплоотдачи – перехода тепла от внутренней поверхности трубки к воде:

                                                       .                                        (3.3)

В этих уравнениях:

 – расход тепла, переходящего от пара к воде, Вт;

 – участок поверхности, через которую проходит тепло, м²;

 – температуры наружной и внутренней поверхности трубки

на этом участке,°С;

– термическое сопротивление со стороны конденсирующегося пара к наружной поверхности трубки, м² °С/Вт;

– термическое сопротивление при переходе тепла через стенку трубки, м² °С/Вт;

– термическое сопротивление со стороны воды к внутренней поверхности трубки, м² °С/Вт;

Уравнения (3.1)–(3.3) показывают, что расход тепла пропорционален движущей силе – разности температур и обратно пропорционален терми-ческому сопротивлению.

Каждое из этих трех однотипных уравнений описывает переход количества тепла   на отдельном участке его пути от конденсирующегося пара к воде. Поверхность  во всех трех уравнениях принята одинаковой, т.е. на рассматриваемом участке стенка трубки считается плоской, что допустимо для тонкостенной трубки, когда толщина стенки мала по сравнению с диаметром.

После преобразований из уравнений (3.1)–(3.3) получается уравнение,

описывающее переход количества тепла   на всем пути от пара к воде:

 

                                                                       (3.4)

 

где  =  – общее термическое сопротивление при переходе тепла от конденсирующегося пара к воде через стенку трубки.

При расчетах вместо термических сопротивлений  и  пользуются обратными величинами:

  и  ,

которые называются коэффициентами теплоотдачи, соответственно для пара и для воды.

При этом уравнения теплоотдачи (3.1) и (3.3) принимают вид:

 

;                                        (3.5)

 

                                     ;                                       (3.6)

 

Величину  К, обратную общему термическому сопротивлению R и

 равную:

                                                                                                (3.7)

называют коэффициентом теплопередачи, а преобразованное уравнение (3.4):

 

                                                (3.8)

 

уравнением теплопередачи.

Для всего теплообменника с поверхностью теплопередачи F, м², в котором расход передаваемого тепла составляет  , Вт, интегрирование уравнения (3.8) приводит к уравнению теплопередачи следующего вида:

                                                            ,                                            (3.9)

где  – средняя движущая сила процесса теплопередачи, т. е. средняя разность температур пара и воды в теплообменнике, определяемая одним из теоретических уравнений, °С:

                                                      ,                                               (3.10)

здесь  – разность температур пара и воды на входе в теплообменник;  - разность температур пара и воды на выходе из теплообменника.

Уравнение (3.10) справедливо, если отношение 1,7. Если отношение   >1,7, расчет, следует вести по формуле:

                                                                                       (3.11)

 

Расход тепла Q в уравнении (3.9) легко рассчитать, если известен расход воды, не сопровождающийся фазовым переходом:

  ,                                      (3.12)

где - массовый расход воды, кг/с;

       - средняя массовая теплоемкость воды при постоянном давлении, Дж/(кг  °С).

Определение коэффициента теплоотдачи является одной из основных задач теории теплообмена. В настоящее время коэффициенты теплоотдачи рассчитываются из критериальных соотношений, в которых вид обобщенных безразмерных переменных (критериев подобия) определяется теоретически на основе теории подобия, а явный вид зависимости между критериями находится экспериментально для каждого вида теплообмена.

В данной установке холодная вода проходит по внутренним  поверхностям трубок и нагревается насыщенным водяным паром, поступающим в межтрубное пространство и конденсирующимся на наружной поверхности трубок.

При пленочной конденсации чистого насыщенного пара на вертикаль ных поверхностях трубок коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубок может быть определен по формуле:

3,78,                                              (3.13)

 

где   λ – коэффициент теплопроводности конденсата греющего пара, Вт/(м°С);

            ρ – плотность конденсата греющего пара, кг/м³;

            µ – вязкость конденсата греющего пара, Пас;

           – расход греющего пара, кг/с;

            - наружный диаметр трубки, м;

            – число трубок;

            , – критерий Прандтля для конденсата греющего пара.

Значения величин λ,ρ, µ и  в уравнении (3.13) необходимо определять при температуре конденсации пара, а значение – при температуре стенки трубы, на которой происходит конденсация пара.

При вынужденном движении потока жидкости по прямому каналу или трубе без изменения агрегатного состояния обобщенная критериальная зависимость для определения коэффициента теплоотдачи имеет вид:

                                      ,                                            (3.14)

где      - критерий Нуссельта;

           Re = – критерий Рейнольдса;

           Pr = – критерий Прандтля.

Здесь A,m,n,Р – безразмерные постоянные, определяемые опытным путём; коэффициент теплоотдачи для воды, Вт/(м² °С);

λ – коэффициент теплопроводности воды, Вт/(м° С);

ρ – плотность воды, кг/м³;

µ – вязкость воды, Пас;

с – теплоемкость воды, Дж/(кг °С);

w – скорость воды в трубках, м/с;– внутренний диаметр трубки, м.

При турбулентном движении жидкости (Re ≥ 10⁴ ) коэффициент теплоотдачи рассчитывается по уравнению:

                                .                                  (3.15)

 

          При ламинарном режиме движении (Re ≤ 2320):

 

                          ,                                  (3.16)

где  - длина трубки, м.

          Теплоотдача в переходной области (230010⁴) точных расчетных зависимостей не имеет. Для практических расчетов рекомендуется пользоваться рисунком  3.3 или приближенным уравнением:

 

                        ,                                         (3.17)

Рисунок 3.3 - Зависимость              от критерия Рейнольдса в переходной области

 

3.2 Описание установки

 

Установка (см. рисунок 3.5)  состоит из двухходового кожухотрубчатого теплообменного аппарата 1, в котором между двумя трубными решетками 2

расположены 16 латунных трубок 3 длиной  = 825 мм и диаметрами =7/5,3 мм. Пространство между верхней крышкой и трубной решеткой разделено продольной перегородкой на две секции, благодаря чему в аппарате образуется два хода (по 8 трубок в каждом ходе). Вода в аппарате нагревается паром, вырабатываемым в электропаровом котле 4 с номинальной производительностью до 25 кг/ч и рабочим давлением от 0,15 до 0,6 МПа. Холодная вода через штуцер 5 поступает в первую секцию, где она нагревается и движется вниз по трубкам теплообменника, затем перетекает во вторую секцию, поднимается по трубкам, нагревается и отводится из аппарата через штуцер 6. Расход воды определяется с помощью водомерного счетчика 7, а температуру воды на входе и выходе в теплообменник, температуру входящего пара и конденсата определяют с помощью термопар I–IV, установленных непосредственно в потоках воды, и пара,  выведенных на показывающий прибор 17.

Для определения потери давления в аппарате (разности давлений со стороны воды на входе и на выходе из аппарата) установлен дифференциальный  ртутный манометр (DT-50) 8.

Пар из котла через вентиль 9 поступает в межтрубное пространство аппарата. Давление пара измеряется по манометру 20, расположенному на пульте управления электрокотла 21. Отработанный пар через конденсатоотводчик  10 в виде конденсата сбрасывается в аккумулирующую емкость конденсата 11, а отработанная нагретая вода отводится в канализацию.

 

1 – теплообменный аппарат; 2 – трубная решетка; 3 – пучок трубок; 4 –

электрокотел; 5, 6 – штуцера; 7 – счетчик; 8 – дифференциальный манометр; 9, 12–16 – вентиля; 10 – конденсатоотводчик; 11 – емкость конденсата; 17 - показывающий прибор; 18 - переключатель термопар; 19 – кнопки включения и выключения; 20 – манометр; 21– пульт управления электрокотла.

Рисунок  3.4 -  Схема установки

 

3.3 Методика проведения работы на установке

 

          Ознакомившись с установкой и с инструкцией по работе, получают задание от преподавателя на создание технологических режимов.

          Открывают вентиль 12 для подачи холодной воды в аппарат и устанавливают ее максимальный расход. Величину максимального расхода устанавливают по перепаду давления на дифманометре 8 в пределах 120-150 мм рт.ст. Минимальный расход воды соответствует перепаду давления порядка 50-60 мм рт.ст . Затем открывают полностью вентиль 13 и с помощью вентиля 14 на трубопроводе отвода конденсата пара регулируют отбор конденсата. Так как техническое обслуживание электрокотла осуществляется только ведущим инженером данной лаборатории, то подготовка котла к работе и автоматизированное управлением процессом подачи пара в аппарат путем открывания  вентиля 9 на паропроводе выполняет инженер, а студенты лишь снимают показания приборов. Количество поступающего пара должно быть таким, чтобы вода нагревалась в аппарате до 40-60 ⁰С. Спустя некоторое время, когда прогреются трубки  и корпус аппарата и температура выходящей воды установится постоянной (на основании теплового баланса при постоянном давлении пара и постоянном количестве проходящей воды), что характеризует наступление стационарного режима, – этот момент принимается за начало испытания.

          В процессе проведения испытания аппарата через каждые 5 минут от начало работы регистрируют следующие параметры:

          - температуру поступающей в аппарат холодной воды ;

          - температуру выходящей из аппарата нагретой воды ;

          - температуру греющего пара ;

          - температуру конденсата θ_конд ;

          - количество проходящей через аппарат воды G_в (по показанию счетчика);

          - давление греющего пара по манометру на пульте управления Р_п ;

          - перепад давления в аппарате ΔР со стороны воды по дифференциальному манометру.

          Продолжительность испытания 15 – 20 минут. Затем проводят еще три испытания аппарата и делают аналогичные замеры при расходе воды, меньшем по сравнению с первым испытанием (параметры входящего пара при этом не меняются).

          Все данные испытания заносят в отчетную таблицу 3.2.

          По окончании проведения работы установку выключают в следующем порядке:

          - инженер выключает работу электрокотла и закрывает вентиль для подачи пара;

          - закрывают вентиль для подачи холодной воды.

 

          3.4 Обработка опытных данных и составление отчета

 

          Величину  коэффициента теплопередачи К рассчитывают по формуле (3.7), где термическое сопротивление стенки r_cm равно:

                                                       r_cm=,                                                            (3.18)

где λ=92,5 Вт/(м ⁰С) – коэффициент теплопроводности для латуни.

          Коэффициент теплоотдачи со стороны пара к наружной стенке α_п определяется по формуле (5.13). Расход пара G_п находится из теплового баланса для пара:

                                                       Q= G_п r x,                                                     (3.18)

где  Q- расход тепла, Вт;

       r – удельная теплота конденсации пара, Дж/кг;

      x – степень сухости пара, принимается равной 0,95 (95%).

          Расход тепла (тепловая нагрузка аппарата) Q рассчитывается по формуле (3.12).

          Так как температура стенки t _cml заранее неизвестна, то в качестве первого приближения при вычисления a_п принимается     После этого во втором приближении определяется значение t _cml для теплового потока от пара к стенке из выражения:

                                                 Q= α΄_п F₁(t_п- t _cml),                                              (3.19)

где F₁ – теплоотдающая поверхность со стороны наружных поверхностей трубок, м²;  - приближенное значение коэффициента теплоотдачи, определяемого по формуле (3.13) при  , Вт/(м^{2 0}С).

          После этого вычисляется значение  при полученной температуре стенки t _cml и, наконец, вычисляется более точное значение a_п по уравнению (3.13).

          Коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки к воде a_в определяется из уравнений (3.15) – (3.17). Здесь также заранее неизвестна температура стенки t_cm2, и приходится прибегать к методу последовательного приближения. Предварительно полагается   и рассчитывается первое приближение значения . Далее определяется температура поверхности трубок со стороны воды t_cm2 из выражения для потока тепла от стенки к жидкости:

                                                  Q= α΄_п F₂(t_cm2 - ),                                          (3.20)

где  F₂ – теплоотдающая поверхность со стороны внутренних поверхностей      трубок, м²;

      - приближенное значение коэффициента теплоотдачи, определенного из уравнении (3.15) – (3.17) при , Вт/(м^{2 0}С).

          После этого уточняют значение коэффициента теплоотдачи  a_в.

         

          Таблица 3.1

№

Перепад давления в аппарате ΔР, мм.рт.ст

Расход воды Gв, кг/с

Давле ние греюще го пара, Рп, кг/см2

Удельная теплота конденсации пара,r, кДж/кг

Температура, ºС

греющ его пара, tп

конден сата, θконд

поступающей холод ной воды, tн в

выходящ ей нагретой воды, tк в

средняя воды, tср в

1

2

3

 

Таблица 3.2

№		Тепловая нагрузка аппарата	Расход греющего пара	Коэф-т теплоотда чи от греющего пара к наружной поверхности стенки, Вт/(м2·  К)		Темпера- тура стенки трубок со стороны пара,	Значе- ние крите- рия Пран- дтля при	Коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубок к воде, Вт / (м2 . К)		Темпе- ратура стенки трубок со сто- роны воды,	Значение критерия Прандтля при
		Q, Вт	Gп, кг/с	α΄п	αп	tcm1, °C	tcm1, Prст1	α΄ п	αв	tcm2, °C	tcm2, Prст2
1
2
3

          Расчетные данные должны представляться согласно форме, представленной в таблице 3.2.

          Теплофизические параметры воды на линии насыщения приведены в таблице приложения  П3.

 

4 Лабораторная работа №4. Исследование эффективности работы теплового насоса с никопотенциальным источником тепла из грунта для автономного теплоснабжения зданий

 

 Цель работы:  ознакомление с работой тепловых насосов типа вода-вода и технико-экономическими показателями его работы; выбор и теоретическое определение характеристик первичного контура грунтовых коллекторов при различных способах их укладки; расчет цикла одноступенчатой теплонасосной установки в lgP-h диаграмме и определение энергетических характеристик и теплового баланса  парокомпрессионого теплового насоса ПКТНУ.

 

    4.1 Теоретическое введение

 

Одним из видов энергосберегающих новых технологии, использующих  нетрадиционные возобновляемые источники энергии НВИЭ, являются тепловые насосы. Тепловые насосы (ТН) известны с 1831 года, и, по прогнозам Мирового энергетического комитета в развитых странах, уже к 2020 году займут лидирующие позиции в производстве тепловой энергии. Тепловые насосы уже более четверти века успешно работают в десятках стран: в США, Японии, Германии, Швеции, Швецарии, Австрии, Финляндии. На базе ТН построены  энергетические центры, обладающие мощностью средних ТЭЦ. Они наиболее экологичны, экономичны и дают финансовую и технологическую независимость от монополистов ТЭК. Наиболее распространены ТН, работающие как автономные источники тепла, используемого для подготовки воды в системах теплоснабжения. Применение тепловых насосов вместо электрических водонагревательных котлов дает в среднем четырехкратную экономию затрат. В связи с постоянным ростом цен на все виды топлива конкурентоспособность ТН становится все более очевидной.

Тепловым насосом принято называть устройство, предназначенное для получения теплоты на основе обрат­ного термодинамического цикла. Цель применения тепло­вых насосов — экономия топлива по сравнению с непосред­ственным его сжиганием в печах и котлах.

          В настоящее время все разработанные теплонасосные установки (ТНУ) по принципу действия подразделяются на компрессионные, сорбционные и термоэлектрические.

          В компрессионных ТНУ повышение температурного уровня, отбираемой рабочим агентом, низкотемпературной теплоты различных сред производится механическим сжатием рабочего агента в компрессоре.

В зависимости от вида рабочего агента известны воздушно-компрессионные и парокомпрессионные ТНУ.

         В сорбционных ТНУ повышение температурного уровня, отбираемой рабочим агентом, низкотемпературной теплоты различных сред осуществляется за счет термохимических реакций поглощения (сорбция). Сорбция рабочего агента соответствующим сорбентом при низких температурах, а затем выделении (десорбции) рабочего агента при подводе внешней энергии в виде дополнительной теплоты на более высоком температурном уровне. В зависимости от вида термохимических реакций различают абсорбционные и адсорбционные установки. В первых процесс сорбции осуществляется во всем объеме абсорбента (на границе жидкой и паровой фаз), во втором – на поверхности адсорбента, находящегося, как правило, в твердой фазе (лед).

           Термоэлектрические ТНУ основаны на эффекте Пельтье. Так, если через разнородные и соединенные друг с другом металлы пропускать постоянный электрический ток, то при направлении его от положительного проводника к отрицательному  в месте контакта (спая) происходит выделение теплоты, а при обратном направлении тока (на другом спае) – поглощение низкотемпературной теплоты различных сред. От мощности тока, подводимой к проводникам, изменяется и температурный уровень выделяемой теплоты. На этом принципе устроена работа полупроводниковых ТНУ.

Проведенные различными организациями исследования показали, что наиболее перспективными типами ТНУ для теплоснабжения являются в настоящее время парокомпрессионные.

Остановимся более детально на работе парокомпрессионных ТНУ.

Т_В – верхний уровень температуры; Т_Н – нижний уровень температуры;

Т_ос  – температура окружающей среды.

Рисунок 4.1 - Термодинамические циклы теплового насоса (а) и холодильной
машины (б) в диаграмме Т-S

    В тепловом насосе к рабочему телу подводится теплота Q^'₀ на температурном уровне Т_ос, которая с затратой необходимой работы L преобразуется в теплоту Q^'_н более высокой температуры Т_В .

Холодильные машины, работающие по обратному циклу, отличаются от теплового насоса лишь назначением и температурным уровнем. Для них температура окружающей среды Т_ос является верхним температурным уровнем.

Обратные круговые процессы (циклы) изменения со­стояния рабочего тела при изображении на термодинами­ческих диаграммах имеют направление против часовой стрелки (см. рисунок  4.1), тогда как прямые циклы тепловых дви­гателей—по часовой стрелке.

 

КМ — компрессор;   К-конденсатор;   ДВ — дроссельное устройство;  И— испаритель.

Рисунок 4.2 - Принципиальная схема идеального теплового насо­са и его круговой процесс в T,S-диаграмме

 

От холодильных машин, работающих также по обратным цик­лам, тепловые насосы отличаются назначением (нагревать объект, а не охлаждать) и, соответственно, границами ра­бочих температур. Если в цикле холодильной машины температура окружающей среды является верхним темпера­турным уровнем (температурой теплоприемника), то в цик­ле теплового насоса — нижним (температурой теплоотдатчика). Однако общность принципов действия и конструк­ционных исполнений обусловила общее название тепловых насосов и холодильных машин, а также их модификаций, предназначенных для одновременного или поочередного получения теплоты и холода, — трансформаторы теплоты (термотрансформаторы). Обратимый (идеальный) обратный цикл Карно для влажного пара (см. рисунок 4.2) состоит из следующих про­цессов:

1) 12 — изоэнтропийное (S=соnst) сжатие влажного пара от давления в испарителе р_и до давления в конденсатере р_к с повышением температуры от Т_и до Т_к и повышением энтальпии от i₁ до i₂ за счет совершения работы сжатия _сж в компрессоре;

2) 23 — изобарная (р=соnst) и изотермическая (T=соnst) конденсация со снижением энтальпии от i₂ до i₃ в результате отвода теплоты q_к от рабочего тела в конденсаторе;

3) 34 — изоэнтальпийное  расширение испаряющегося рабочего тела до состояния р_и, Т_и со снижением энтальпии от i₃ до i₄ в результате совершения работы расширения  l_расш в дроссельном клапане;

4) 41 — изобарное и изотермическое испарение с повышением энтальпии от i₄ до i₁ вследствие подвода теплоты q_и в испарителе.

Уравнение теплового баланса теплового насоса выглядит так:

                        Q₀ + L= Q_к .                                                                   (4.1)

    Основной термодинамической характеристикой теплового насоса является коэффициент преобразования, который определяется отношением количества теплоты, отданной в конденсаторе, к затраченной в компрессоре работе:

                                                  φ = Q_к / L = 1+ Q₀ / L.                                         (4.2)

     Для идеального теплового насоса коэффициент преобразования выражается формулой

                                                φ_ид.= T_к/(T_к-T_и),                                             (4.2) где      Т_к и Т_и – температуры конденсации и испарения.

     Из вышеприведенного соотношения видно, что при уменьшении разности между Т_к и Т_и увеличивается коэффициент преобразования, а это делает применение теплового насоса более эффективным. Значение j всегда больше единицы.

В тепловых двигателях к рабочему телу подводится теплота высокого потенциала (при высоких температурах и давлениях рабочего тела), которая преобразуется в работу и теплоту низкого потен­циала. В тепловых насосах к рабочему телу подводится низко потенциальная теплота (на нижнем температурном уровне цикла), которая с затратой необходимой работы преобразуется в теплоту более высокой температуры. В качестве источника низко потенциального тепла могут быть использованы промышленные и очищенные бытовые стоки, вода технологических циклов, тепло грунтовых, артезианских, термальных вод, воды рек, озер, морей, систем водо- и теплоснабжения, тепло, получаемое при очистке дымовых газов и любых других сбросных тепловых потоков.

В устройстве теплового насоса в отличие от холодильных машин имеется специальный реверсивный клапан, который меняет направление потока тепла. Тепловые насосы классифицируются по признаку вида используемых рабочих сред в первичном и вторичном рабочих контурах:

1) тепловой насос воздух-воздух в обоих контурах использует воздух в качестве рабочей среды;

2) тепловой насос вода-воздух в первичном контуре использует воду в качестве теплоносителя; во втором контуре – воздух;

3) тепловой насос вода-вода в обоих контурах использует воду в качестве теплоносителя. Этот тип наосов еще принято называть Чиллер-котел, поскольку, в зависимости от положения реверсивного клапана, установка может охлаждать либо подогревать воду.

          Тепловые насосы – это экологически чистые компактные установки.

Как известно, тепловые насосы используют бесплатные и возобновляемые источники энергии: низкопотенциальное тепло воздуха, грунта, подземных, сточных и сбросовых вод технологических процессов, открытых незамерзающих водоемов. На это затрачивается электроэнергия, но отношение количества получаемой тепловой энергии к количеству расходуемой электрической составляет порядка 3–7.

Говоря более точно, источниками низкопотенциального тепла могут быть наружный воздух температурой от –15 до +15 °С, отводимый из помещения воздух (15–25 °С), подпочвенные (4–10 °С) и грунтовые (более 10 °C) воды, озерная и речная вода (0–10 °С), поверхностный (0–10 °С) и глубинный (более 20 м) грунт (10 °С).

Возможны два варианта получения низкопотенциального тепла из грунта: укладка металлопластиковых труб в траншеи глубиной 1,2–1,5 м, либо в вертикальные скважины глубиной 20–100 м. Иногда трубы укладывают в виде спиралей в траншеи глубиной 2–4 м. Это значительно уменьшает общую длину траншей. Максимальная теплоотдача поверхностного грунта составляет 50–70 кВт·ч/м2 в год. Срок службы траншей и скважин составляет более 100 лет.

 

4.2 Выбор теплового насоса и пример расчета первичного контура теплового насоса при горизонтальной укладке коллектора

 

Исходные условия: теплопотребность коттеджа площадью 150 м²  (в зависимости от теплоизоляции) – 12 кВт;

температура воды в системе отопления должна быть 55 °С; минимальная температура теплоносителя – 0 °С.

Для теплоснабжения здания выбран тепловой насос мощностью 14,5 кВт (ближайший больший типоразмер), затрачивающий на нагрев фреона 3,22 кВт. Последняя величина рассчитывается как разница полной мощности теплового насоса Q_wp и электрической мощности, затрачиваемой на нагрев и циркуляцию фреона P:

                                             = –, кВт.                                                   (4.3)

Съем тепла с каждого метра трубы зависит от многих параметров: глубины укладки, наличия грунтовых вод, качества грунта и т.д. Ориентировочно можно считать, что для горизонтальных коллекторов теплосъем с поверхностного слоя грунта (сухая глина)  q равняется 20 Вт/м.

Более точное значение теплосъема для разных пород: сухой песок – 10, сухая глина – 20, влажная глина – 25, глина с большим содержанием воды – 35 Вт/м. Разность  температуры теплоносителя в прямой и обратной линии петли при расчетах принимают обычно равной = 3 °С.

На участке над коллектором не следует возводить строений, чтобы тепло земли пополнялось за счет солнечной радиации. Минимальное расстояние между проложенными трубами должно быть 0,7–0,8 м. Длина одной траншеи составляет обычно от 30 до 120 м. В качестве теплоносителя первичного контура рекомендуется использовать 25-процентный раствор гликоля. В расчетах следует учесть, что его теплоемкость при температуре

0°С составляет 3,7 кДж/(кг·К), плотность – =1,05 г/см³. При использовании антифриза потери давления в трубах в 1,5 раза больше, чем при циркуляции воды.  

          В соответствии с показанными выше формулой (4.1) рассчитывается:

1) требуемая тепловая мощность коллектора  = 14,5 – 3,22 = 11,28 кВт;

2) суммарная длина труб     =  = 564 м.                                           (4.4)

          Для организации такого коллектора потребуется 6 контуров длиной по 100 м;

3) при шаге укладки 0,75 м, необходимая площадь участка:

           = 600  0,75 = 450 м²;                                                                 (4.5)

4) общий расход гликолевого раствора:

 

           =  = 3,484 м³ /ч,                                                        (4.6)

расход на один контур равен 0,58 м³ /ч (т.к. требуемое число контуров – 6). Для устройства коллектора выбираем металлопластиковую трубу типоразмера 32 (например, РЕ322). Потери давления в ней составят 45 Па/м; сопротивление одного контура – примерно 7 кПа; скорость потока теплоносителя – 0,3 м/с.

 

 

4.3 Расчет первичного контура при вертикальной укладке коллектора

 

При использовании вертикальных скважин глубиной от 20 до 100 м в них погружаются U-образные металлопластиковые или пластиковые (при диаметрах выше 32 мм) трубы. Как правило, в одну скважину вставляется две петли, после чего она заливается цементным раствором. В среднем удельный теплосъем такого зонда можно принять равным 50 Вт/м. Можно также ориентироваться на следующие данные по теплосъему:

          -  сухие осадочные породы – 20 Вт/м;

          -  каменистая почва и насыщенные водой осадочные породы – 50 Вт/м;

          -  каменные породы с высокой теплопроводностью – 70 Вт/м;

          -  подземные воды – 80 Вт/м.

Температура грунта на глубине более 15 м постоянна и составляет примерно +10 °С. Расстояние между скважинами должно быть больше 5 м. При наличии подземных течений скважины должны располагаться на линии, перпендикулярной потоку. Подбор диаметров труб проводится, исходя из потерь давления для требуемого расхода теплоносителя. Расчет расхода жидкости может проводиться для t = 5 °С.

Пример расчета. Исходные данные – те же, что в приведенном выше расчете горизонтального коллектора. При удельном теплосъеме зонда - 50 Вт/м и требуемой мощности 11,28 кВт,  длина зонда L должна составить 225м. Для устройства такого коллектора необходимо пробурить три скважины глубиной по 75 м. В каждой из них размещаем по две петли из металлопластиковой трубы типоразмера 25 (РЕ25х2.0); всего – 6 контуров по 150 м.

Общий расход теплоносителя при   = 5 °С составит 2,1 м³/ч; расход через один контур – 0,35 м³/ч. Контуры будут иметь следующие гидравлические характеристики: потери давления в трубе – 96 Па/м (теплоноситель – 25-процентный раствора гликоля); сопротивление контура – 14,4 кПа; скорость потока – 0,3 м/с.

 

4.4 Выбор схемы парокомпрессионной теплонасосной установки

В реальных циклах тепловых насосов на вход в компрессор должен подаваться пар без примеси жидкости. Поэтому пар перед компрессором должен быть несколько перегретым и точка 1 на рисунке 4.2 должна находиться не левее линии насыщения и не на ней, а правее ее, как это показано на рисунке 4.4.

Потери давления из-за трения в соединительных трубопроводах между конденсатором и дросселем вызывают частичное испарение фреона. Если на вход дросселя поступает парожидкостная смесь, эффективность его работы снижается. Поэтому жидкость после конденсатора дополнительно переохлаждают так, чтобы точка 3 находилась не на линии насыщения, а левее ее (см. рисунок 4.2). Это также улучает работу теплового насоса, так как снижает долю пара, поступающего в испаритель, что приводит к меньшему расходу фреона в цикле.

Переохлаждение жидкости в конденсаторе невозможно, так как это требует более высокого температурного напора между фреоном и горячим теплоносителем, а значит, снижения температуры горячего теплоносителя (что невозможно по требованию к получаемому теплоносителю) или повышения давления и температуры конденсации фреона (что значительно удорожит стоимость основного компонента теплового насоса – компрессора).      

Перегрев пара в испарителе также невозможен, так как температуру холодного теплоносителя изменить нельзя, поэтому для перегрева необходимо понижать температуру испарения, а значит, увеличивать степень повышения давления в компрессоре.

Переохлаждение жидкости и перегрев пара совмещают в дополнительном промежуточном теплообменнике, где горячий фреон после конденсатора нагревает холодный фреон после испарителя (см. рисунок  4.3).

Поэтому выбирается схема парокомпрессионной теплонасосной установки с дополнительным промежуточным теплообменником - переохладителем, который устанавливается после конденсатора [9]. Этому также способствует большая разность температур теплоносителя для системы теплоснабжения на ходе и выходе из теплового насоса.

 

 

Рисунок 4.3 – Блок схема теплового насоса с переохладителем

И - испаритель; КМ -компрессор; К -конденсатор; ПП- промежуточный охладитель(регенеративный теплообменник); Д -дроссельный вентиль; 1,2,3,4,5 - рабочие точки в круговом процессе.

Рисунок 4.4 - Принципиальная схема режима работы ПКНТУ с характерными точками процесса работы на ней

 

4.5  Построение цикла одноступенчатой теплонасосной установки в lgP-h диаграмме и расчет энергетических характеристик и теплового баланса ПКТНУ

 

Для построения цикла в lgP - h диаграмме определим расчетные температуры испарения t, конденсации t, всасывания t.

Построение цикла одноступенчатой парокомпрессионной теплонаносной установки проводится в следующей последовательности: на lgP - h диаграмму наносят изотермы t, t, t, t, определяющие расчетный режим работы установки; по температурам t, t находят изобары Р и Рположение характерных точек процессов 1, 2, 2΄, 3, 4, 5, 6 определяются процессами, из которых состоит цикл установки.

Температура испарения рабочего агента определяется по формуле:

                                                          .                                        (4.7)

         Температура конденсации рабочего агента, определяется по формуле:

                                                             .                                    (4.8)

         Используя  lgP - h диаграмму рабочего агента находим его параметры в следующих характерных точках схемы:

 

Рисунок 4.4 -  Рабочий цикл установки в lgP-h диаграмме

 

          а) Определим параметры  рабочего тела (РТ) в точке 1: температура  ,  давление Р₁ = Р₆, т.е. определяется по изотерме  (5-6). Остальные параметры (h₁, S₁ , - удельный объем пара рабочего тела)  в точке 1 найдем в таблице термодинамических свойств на линии насыщения или по диаграмме lgP – h для данного фреона.

          б) Параметры РТ в точке 2: Р₂=Р₃, остальные параметры в точке 2 находят по Р₂, t₂ в таблице термодинамических свойств в однофазной области или по диаграмме lgP - h. ; ; по Р₂ и S₂ находят  и  в таблице термодинамических свойств в однофазной области.

            в) Определяются  параметры рабочего тела (РТ) в точке 3: , поскольку в данной области изобара совпадает с изотермой, давление Р₃ определяется по изотерме .Остальные параметры (h, S) в точке 3 находят в таблице термодинамических свойств на линии насыщения или по диаграмме lgP - h.

             г) Параметры РТ в точке 4: ,  ^оС. Давление Р₄ определяется по изотерме , а  остальные параметры в точке 4 находят в таблице термодинамических свойств на линии насыщения.

            д) Параметры РТ в точке 5: ; давление Р₅ определяется по изотерме , а  остальные параметры в точке 5 находят  в таблице термодинамических свойств на линии насыщения или по диаграмме lgP - h:

                                       ;     Р₅=Р₆;        .

             е) Параметры РТ в точке 5^’ находят по t₆ в таблице термодинамических свойств на линии насыщения (левая пограничная кривая).

             ж) Параметры РТ в точке  6: ,   ^оС.

          Давление и остальные параметры в точке 6 находят в таблице термодина-мических свойств на линии насыщения или по диаграмме при ;     Р₅=Р₆

Энтальпия рабочего тела  на выходе из компрессора при внутреннем адиабатном КПД компрессора  :

                      ,       .                                                 (4.9)

          Внутренняя работа компрессора: ,                             (4.10)          Удельная тепловая нагрузка испарителя: ,.                 (4.11)

          Удельная тепловая нагрузка конденсатора: ,.             (4.12)

          Удельная тепловая нагрузка охладителя: ,.              (4.13)

          Энергетический баланс установки: ,.            (4.14)

          Массовый расход рабочего тела: , .                           (4.15)

          Обьемная производительность компрессора: , .              (4.16)

          Расчетная тепловая нагрузка испарителя:  , .                (4.17)

          Расчетная тепловая нагрузка охладителя:  ,              (4.18)

          Принимая во внимание электромеханический КПД компрессора ,

определяем работу компрессора:  , .                                        (4.19)

          Удельный расход электроэнергии на выработку тепла:

                                        .                                                            (4.20)

          Электрическая мощность компрессора:  , .               (4.21)

          Коэффициент преобразования  КОП:  .                    (4.22)

          Средняя температура низкотемпературного теплоотдатчика:

                                        , .                                              (4.23)

          Средняя температура полученного тепла: ,.        (4.24)

          Коэффициент работоспособности тепла с потенциалом

          , где - температура окружающей среды, .             (4.25)

          Коэффициент полезного действия парокомпрессионной теплонасосной установки:

                                        .                                                        (4.26)

          Холодильный коэффициент:         .                                             (4.27)

          Термический КПД ТНУ:

                                  .                                                       (4.28)

          Общий КПД ТНУ:          .                                                 (4.29)

          Параметры рабочего тела в точках термодинамического цикла 1, 2, 3, 4, 5, 6 сводятся в таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1-  Параметры хладагента в характерных точках процесса

Номера точек	Температура, С	Давление, МПа	Энтропия, кДж/(кг*К)	Энтальпия, кДж/кг	Удельные объем, м/кг	Степень сухости
1	2	3	4	5	6	7
1
2

 

 

       4.6 Определение эффективности работы ТНУ по сравнению котельной

 

Оценка экономии расхода топлива.

Для этого определяется удельный расход условного топлива на выработку теплоты в автономной системе теплоснабжения, использующего в качестве источника тепла котельную и теплонасосную установку ТНУ.

а) удельный расход условного топлива в котельной:

  ,                                (4.30)

где - теплота сгорания условного топлива; ;

- кпд брутто автономного котла, принимается =0,9.

б) удельный расход условного топлива, необходимый в работе  ТНУ, определяется затратами электроэнергии, производимой на ТЭС и передаваемой ЛЭП для привода его компрессора:

                                                                                 (4.31)

где - кпд ТЭС по выработке электроэнергии, =0,3;

- кпд линии электропередач ЛЭП, =0,85.

Оценка экономии расхода топлива при двух режимах работы автономной системы теплоснабжения позволяет определить сэкономленное удельное количество условного топлива в процентом соотношении:

                                                                                  (4.32)

 

 

4.7 Задание к лабораторной работе

 

          1. Рассчитать первичные контуры одноступенчатого парокомпрессионного теплового насоса с заданной теплопроизводительностью.

Источники тепла низкого потенциала -  грунт с различными характеристиками, указанными в таблице 4.1.

          2. Определить  энергетические характеристики и тепловой  баланс теплонасосной установки и нарисовать график зависимости коэффициента преобразования (КОП) от температуры конденсации и сделать соответствующие выводы о работе установки.

          Температуры воды источника низкого потенциала на входе в испаритель , на выходе из него    - заданы в таблице 4.1. Температура местной воды (т.е. воды, циркулирующей в системе отопления) на входе в промежуточный охладитель - и на выходе из конденсатора , конечные разности температур в испарителе , в промежуточном охладителе  и в конденсаторе - принимаются из таблицы 4.1.

Внутрений адиабатный и электромеханический КПД компрессора соответственно равны =0,8 и =0,9.

          3. Определить эффективность работы  ТНУ по сравнению с котельной на условном топливе.

 

Таблица 4.2 - Исходные данные для расчета ПКТНУ

№ вар.	Мощ-ность ТНУ	, 0С	, 0С	, 0С	, 0С	, 0С	, 0С	, 0С	Источник тепла низкого потенциала: грунт
1	16	10	6	45	55	2,5	10	5	влажная глина
2	22	12	7	45	55	8	10	5	сухой песок
3	26	8	6	40	55	4	10	5	глина с большим содержанием воды
4	35	7	1	30	55	3	10	5	сухие осадочные породы
5	40	6	2	40	55	5	10	5	каменистая почва и насыщенные водой осадочные породы
6	45	5	1	45	55	4	10	5	каменные породы с высокой тепло-проводностью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.3 - Исходные данные по хладагенту  для  ПКТНУ

Тип хладагента	R-22	R-113	R-134А	R-114	R-141 В	R-142А
№ варианта	1	3	3	4	5	6

 

 

 

 

Приложение

 

Таблица  - Теплофизические свойства воды на линии насыщения

         

Таблица  - Выбор солнечного коллектора

1	Модель	Sunstar 2,1	4	Модель	Vitosol 100
	Размеры:	2006 x 1066 x 95 mm		тип	s/w2,5
	Теплоприёмник:	TiNOX		Макс. t в состоянии простоя	2110С
	Площадь теплообменника:	1,91 m2		Избыточное рабочее давление	6 бар
	Средняя годовая производительность	507 kWh/(m2a)		Площадь теплообменника:	2,5м2
	КПД	82,6%		Модель	Vitosol 100
2	Модель	Sunstar XL 6,3	5	Модель	Vitosol 100
	Размеры:	3140  x 2011 x 95 mm		тип	5DI
	Теплообменник:	TiNOX		Макс. t в состоянии прстоя	1850С
	Площадь теплообменника:	5,8 m2		Избыточное рабочее давление	6 бар
	Средняя годовая производительность	507 kWh/(m2a)		Площадь теплообменника:	5м2
	КПД	82,6%	6	Модель	Vitosol 200
3	Модель	Vitosol 100		тип	D30
	тип	s/w1.7		Макс. t в состоянии простоя	3000С
	Макс. t в состоянии простоя	2130С		Избыточное рабочее давление	6 бар
	Избыточное рабочее давление	6 бар		Площадь теплообменника:	3м2
	Площадь  теплообменника:	1,7м2
7	Модель	Vitosol 300
	тип	H30
	Макс. t в состоянии  простоя	1500С
	Избыточное рабочее давление	6 бар
	Площадь теплообменника:	3м2

 

Список литературы

1. Дизель генераторный агрегат Д905-ЕВG-2. Руководство по эксплуатации VJLSON, K8-1, 5023461/0040.

2. Масленников М.М., Рапопорт М.С.. Авиационные поршневые двигатели. -М.: Оборониздат, 1951-847 с.

3. Двигатели внутреннего сгорания (тепловозные дизели и газотурбинные установки). Учебник. Симсон А.Э. и др.- М.: Транспорт, 1980-384 с.

4. Нащокин, В. В. Техническая термодинамика и теплопередача: учебное пособие для вузов / В. В. Нащокин. – М.: Высш. шк.,1980 – 469 с.

5. Луканин, В. Н. Теплотехника: учебник для вузов / В.Н. Луканин, М. Г. Шатров, Г. М. Камфер и др.; под ред. Луканина В. Н. –М.:Высш. шк., 2003. – 671 с.

6. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки - М.: Энергоатомиздат,1991.

7. Авезов Р.Р., Барский-Зорин М.А., Васильева И.М. Системы солнечного тепло- и хладоснабжения Под ред. Э.В. Сарнацкого и С.А. Чистовича. – М.:Стройиздат, 1990. – 328 с.

8. Макмайкл Д. Тепловые насосы.-М.: Энергоиздат, 1982.

9. Тепловые насосы. Учебное пособие. Трубаев П.А., Гришко Б.М.- Белгород: Изд-во БГТУ им.В.Г.Шухова, 2009.- 142 с.