Transcript geotermikus energiahasznosítás hőszivattyúkkal

GEOTERMIKUS
ENERGIAHASZNOSÍTÁS
HŐSZIVATTYÚKKAL
Copyright, 1996 © Dale Carnegie & Associates, Inc.
Tervezett előadások, időbeosztás
• 900 - 1050 A földhő hőszivattyús rendszerek alkotóelemei, elvi felépítése,működési
elve.
• 1100 - 1150 A hőszivattyúk szerkezeti részei
• 1200 - 1250 Környezetvédelmi és energetikai
előnyök
• 1300 - 1400 Ebéd
• 1410 -1500
A GHP-s rendszerek tervezése,
gazdaságossági kérdések
Tervezett előadások, időbeosztás
• 1510 - 1600 Fejődés tendenciái,lehetőségek a
hőszivattyús technikában.
Kérdések,válaszok
1.A földhő hőszivattyús
rendszerek alkotóelemei
1.A földhő hőszivattyús
rendszerek alkotóelemei
• földhőszivattyú
• gyűjtőrendszer (kollektor, szonda)
• kútszivattyú vagy keringető szivattyú
• épület belső hőelosztó rendszer (pl.
melegvízüzemű fűtőberendezése)
• használati melegvíz rendszer (választható
kiegészítő ún. opció)
1.Hőszivattyúk elvi
felépítése,működési elve
•
Hőszivattyú
Hűtőgép
• A hőszivattyú olyan gépi berendezés, amely
az alacsonyabb hőfokszintről külső energia
bevezetésével a magasabb hőfokszintre hőt
szállít
1.Hőszivattyúk elvi felépítése,működési
elve
•Valós reverzibilis hőszivattyú körfolyamat
1.2.1.1.CARNOT körfolyamat lgP-i diagramja
leadott
qk=i2-i3 A
hőmennyiség
=q0/w= T0/T-T0
hűtőteljesítménye
A hütö körfolyamat
fajlagos
c= qc/w
Fajlagos
fűtőteljesítmény
qo=i1-i4 (KJ/kg) Az egységnyi tömegű/1kg/ közvetítőközeggel
létesíthető hűtőteljesítmény
wk=i2-i1 (KJ/kg) Adiabatikus kompresszióhoz szükséges technikai munka
we= i3-i4 (KJ/kg) Adiabatikus expanzióbol visszanyert technikai munka
w= wk -we A hűtőfolyamat fenntartásához szükséges munka
1.2.1.2.CARNOT körfolyamat T-S diagramja
1.2.2.Egyfokozatú kompresszoros fojtásos,száraz ciklus lgp-i diagramja
• Kompresszió: w= i2’-i’1 (izentropikus állapotváltozás)
• Kondenzáció: qk= i2+i1
• Fojtás: Izentalpikus i=áll.
• Elpárologtatás: q0=i1-i4
Egyfokozatú kompresszoros fojtásos,száraz ciklus
T-S diagramja
1.2.4.Energiamérleg
• Q0+P = Qc+Qveszt
Q0= hűtőteljesítmény [KW]
P= bevitt teljesítmény [KW]
Qc= hőteljesítmény [KW]
Qveszt= hőveszteség [KW]
• Qc= Q0+a• P ; Qveszt= (1-a) • P
1.2.5.Jósági fok
• CK=K/KC
K=valós fajlagos hütöteljesítmény
KC =ideális fajlagos hütöteljesítmény
• CK=0.5-0.6 (hideggözös -
kompressziós ber.)
• Energy Efficiency Ratio
EER= Hűtőtelj.BTU/h/telj.felvétel W-ban
• Coefficient of Performance
COP= Hasznos telj.W/telj.felvétel W
COP,EER. SPF értékek
•A hőszivattyú leadott fűtőteljesítményének és effektív
teljesítményfelvételének az aránya.
Coefficient of Performance
COP= Hasznos telj.W/telj.felvétel W
COP = TC / (TC – T0)
•Az EER érték
•A hőszivattyú felvett (hűtési) teljesítményének és effektív
teljesítményfelvételének az aránya
•A hőszivattyúk hűtési üzemmódjának energetikai
értékelésére szolgál.
•Energy Efficiency Ratio
•EER= Hűtőtelj.kW/elektromos telj.felvétel kW
COP,EER. SPF értékek
• Az SPF érték (Seasonal Power Factor)
• A hőszivattyús rendszerek összehasonlításra
igazi alapot a SPF [kWh/kWh] értékek adnak,
hiszen fűtés közben a pillanatnyi COP-értékek
a puffertartály, a talaj és a fűtési előremenő
víz hőmérsékletétől függően állandóan
változnak.
Az SPF érték meghatározása
Az SPF érték meghatározása
EVI kompresszoros
körfolyamat
Valós reverzibilis „EVI” körfolyamat
Valós reverzibilis „EVI” körfolyamat
Hőszivattyúk szerkezeti részei
Copeland Scroll kompreszorok
• Két archimedesi spirálból áll.A felső spirál
mozdulatlan,az alsó excentrikusan elmozdul a
hajtó tengelyen és leír egy orbitális pályát.
Hőszivattyúk csoportosítása
Monovalens rendszer: Talaj mélyfúrás, síkkollektor,
hulladékhő
Bivalens rendszer: Levegő,felszíni víz
3 körös rendszer: - két hőcserélő,-hőhordozó a
fagyálló folyadék.
- Kisebb fajlagos fűtőteljesítmény
2 körös rendszer: - Egy hőcserélő, -hőhordozó a
hűtőfolyadék
-nagyobb fajlagos fűtőteljesítmén
1.2.6.1. Copeland Scroll kompreszorok
működési elve
1.2.6.1. Copeland scroll kompreszorok
kialakítása.
1.2.6.2. Copeland Scroll kompreszorok
mechanikai és műszaki
jellemzői.
1.2.6.2. Copeland Scroll kompreszorok
mechanikai és műszaki jellemzői.
1.2.6.3. Copeland Scroll kompreszorok
volumetrikus hatásfoka.
• Volumetrikus(térfogati)hatásfok /
kompresszió viszony
1.2.6.4. Copeland Scroll kompreszorok
COP értéke.
• 10-20% COP érték növekedés,a
dugattyús kompresszorokhoz képest!!
1.2.6.4. Copeland Scroll kompreszorok
COP értéke.
• Az alacsony frekvenciájú tartományban,ami a
legkellemetlenebb a fül számára és nehezen
szigetelhető -alacsony zajszint!
Elpárologtatók,kondenzátorok
• Száraz rendszerű elpárologtatók
Jellemzője,hogy a hűtőközeg csőben áramlik. A
hőátadó felületet képező csövekbe a fojtás után
kis fajlagos gőztartalmú nedvesgőzként lép be. A
hőfelvétel során folyadékhányada elpárolog, és a
hőátadó felületet kismértékben túlhevített
gőzként hagyja el.
• Előnye a kis hűtőközegtöltet, valamint az,hogy
biztos az olajvisszavezetés.
Elpárologtatók,kondenzátorok
•Alkalmazásuk előnye a kis
belső térfogat,a kedvező
hőátbocsátási tényező,kis
helyszükséglet.
•Hátránya,hogy
fagyásra,szennyeződésre
érzékeny.
Elpárologtatók,kondenzátorok
•Speciálisan hőszivattyús alkalmazásokhoz fejlesztett
kettőcsövű ellenáramú hőcserélők.
•Előnye a jó hőátadási képesség .Nem érzékeny a
fagyásra,valamint a szennyeződésre,könnyen
tisztítható.
•Hátránya a nagyobb helyszükséglete,illetve súlya.
Expanziós szelepek
Expanziós szelepek
•A viszonylag magasan tartott túlhevítést küszöböli ki
a processzoros szabályozású (EEV) elektronikus
expanziós szelep, s megfelelő beállítás esetén a
túlhevítés értékét –egy kezdeti beállás után-stabilan
30C értéken képes tartani.
Hőnyerési módok
Nyitott kutas rendszer
•A vízkút rendszer a legáltalánosabb nyitott hurkú
rendszer, létesítéséhez a területileg illetékes
hatóságtól vízjogi engedély beszerzése szükséges.
Hőnyerési módok
Zárt hurku rendszerek
A talaj hőmérséklete :
15 m mélyen állandó 10 0C!
Horizontális csőfektetés:
1 m mélyen ,- fűtési idényben - 0 0C !
Hőnyerési módok
Vertikális csőfektetési eljárás: 100-120 m fúrás
Megfordítható körfolyamat!
A rendszer fűtésre és hűtésre is alkalmas!
Fűtés
Hűtés
Vertikális zárt szondás rendszer
gerincvezeték kialakítása
•
Lényege, hogy a vezeték
elrendezése
nyomáskiegyenlítésre is szolgál,
az azonos vezetékhosszúság
azonos nyomás különbséget
eredményez.,ezáltal
épületfűtéskor a
kollektorvezetékben egyenletes
a hőelvonás illetve hűtés
esetében a hőleadás
•
Tichelmann-féle csővezeték-rendszer.
•Ez a megoldás az elosztó- és a gyűjtővezeték szabályozását
általában költségkímélővé teszi,- maximális üzembiztonságot
és COP értéket eredményez.
Horizontális rendszerek
Tó szondák
•A ténylegesen szükséges
terület kW-onként 10m2 körül
van, 1,8-2,4m mélységű
vízmedencét feltételezve..
•Télen a jégtakaró alatt a
vízmedencék közel 40C
hőmérsékletet tudnak
fenntartani
A hőszivattyúk környezetvédelmi
előnyei
• A gázkazános rendszerrel kibocsátott szennyezőanyagok (C02, Nox ,C0 ) minimális mennyisége.
• CO2 sűrűség = 1,9768 kg/m3.
•
Fűtőérték 9,44 kWh/Nm3