CC BY
109
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»
ся до температуры грунта. После охлаждения, теплоноситель подается по холодной линии 4 в воздухоохладитель при помощи насоса 5. Геотермальный теплообменник закапывается ниже линии грунта 6 от 1,5 до 10 метров, в зависимости от местоположения и требований к СКВ.
Отличительной чертой данных СКВ является наличие не только конвективного теплообмена, но и теплопередачи между геотермальным теплообменником и грунтом. Исходными данными для расчета являются: мощность воздухоохладителя (кВт), температуры охлаждаемого объема, теплоносителя и грунта (°С). Одной из основных задач расчета является определение длины геотермального теплообменника (площадь, м2). В качестве основы используем расчет геотермальных горизонтальных теплообменников для тепловых насосов [2] и сравним полученные данные с методикой расчета нестационарной теплопередачи по намограмам включающих в себя критериальные уравнения Фурье. Дальнейшей задачей является гидравлический расчет трубопроводов для подбора насоса.
После получения данных на затраты оборудования, монтажно-строительные работы и затраты на обеспечение работы, произведем экономическую оценку целесообразности данной СКВ. В качестве сравнения выбираем одноименные воздухоохладители (фанкойлы) фирмы Аегйеск. Предполагается провести расчет для разных типоразмеров воздухоохладителей, для разных типов геотермальных теплообменников и провести сравнительный анализ.
Принципиальная 3D схема низкопотенциальной грунтовой СКВ.
1 - воздухоохладитель; 2 - теплая линия;
3 - геотермальный теплообменник, 4 - холодная линия; 5 - насос; 6 - линия грунта
Библиографические ссылки
1. Кулаков Е. В., Мелкозеров М. Г. Охлаждение помещений за счет низкопотенциальной тепловой энергии // Решетневские чтения. 2013. С. 138.
2. Кулаков Е. В. Схема обеспечения помещения горячей водой и холодным воздухом на основе теплового насоса // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2013. С. 77.
© Кулаков Е. В., Хайцен М. Ю., 2014
УДК 62.68
Р. Р. Мамедли, С. И. Парфенок Научный руководитель - А. В. Делков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И МЕТОДОВ ИХ УТИЛИЗАЦИИ
Оцениваются проблемы и перспективы утилизации низкопотенциальных тепловых источников. Рассматриваются вопросы проектирования паротурбинных установок на органических рабочих телах.
Тенденции роста цен на энергоносители и сокращение их запасов определяют необходимость поиска путей разработки и эффективного использования новых и альтернативных источников энергии. По результатам анализа отечественной и зарубежной литературы возможно выделить 4 типа источников тепла, являющихся перспективными для освоения и требующих разработки специфического подхода к их использованию в качестве энергетических ресурсов [1; 2]:
■ геотермальное тепло;
■ тепловая мощность солнечного излучения;
■ тепловые выбросы промышленности;
■ тепловые потоки от двигателей и бортовой аппаратуры транспортных систем, в том числе автомобилей, морского транспорта, космических аппаратов.
Особенность тепловых выбросов энергоустановок -наличие отличной от окружающей среды температуры, которой, впрочем, не достаточно для организации традиционных паросиловых циклов на водяном паре. Температурный напор, - разница между температурой теплового источника и окружающей средой, - для этих источников лежит в диапазоне 60-200 °С. В зарубежной литературе такие источники получили название низкопотенциальные (low heat). Кроме тепловых выбросов промышленных предприятий к низкопотенциальным тепловым источникам часто относят геотермальную энергию и тепловую энергию солнечного излучения.
На сегодняшний день это направление энергопользования сдерживается отсутствием эффективных энергетических установок, позволяющих утилизиро-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2014. Технические науки
вать тепловую энергию с низкотемпературными параметрами теплоносителя.
При получении электроэнергии наиболее распространенным в тепловой энергетике способом - в цикле силового теплового двигателя, - это обстоятельство обуславливает невозможность перегреть рабочее тело генератора свыше 100 °С.
С использованием традиционных рабочих тел (вода) преобразовать такой потенциал в электроэнергию не представляется возможным.
Перспективными и наиболее распространенными методами трансформации тепловой энергии в механическую и электрическую являются паросиловые циклы на турбомашинах. Такие циклы функционируют по принципу переноса тепла от источника к области теп-лосброса с выработкой энергии. При указанных температурных напорах паросиловой цикл возможно осуществить только с помощью специфических рабочих тел - органических (этанол, фторхлоруглерод, изобутан и т. д.). В литературе для их обозначения используется аббревиатура ОРТ - органическое рабочее тело.
Исследования в области паротурбинных установок (ПТУ) на ОРТ ведутся большей частью за рубежом.
Актуальность исследования и разработки вышеприведенных энергетических ресурсов заключена в том, что, не смотря на их перспективность, до сих пор отсутствуют адекватные и оптимальные методы их использования. Инженерные разработки подобных паротурбинных установок (ПТУ) на органических рабочих телах (ОРТ), представленные на мировом рынке (Turboden (Italy), Infinity Turbine LLC (USA)), имеют эффективный КПД в диапазоне 10-12 % и ограниченные диапазоны применения. Эффективных методов проектирования и оптимизации подобных установок еще не разработано.
В связи с изложенным выше возрастает потребность в математическом моделировании подобных установок. Разработка и создание инструмента проек-
тирования и оптимизации ПТУ ОРТ на основе математической модели позволит эффективно решить задачу использования низкопотенциальных тепловых источников различных типов.
Перспективным направлением энергосбережения промышленных предприятий за рубежом является применение паротурбинных установок на органическом рабочем теле (ПТУ ОРТ) для утилизации сбросного тепла производственных процессов и охлаждения компрессоров. Известны установки мощностью до 200 кВт, разрабатываемые для газовых турбин (East Hartford, CT), и для поршневых двигателей (Danville, IL) (реализуется бинарный цикл) [2].
В результате проделанной работы было проанализировано современное состояние существующих технологий утилизации тепловых сбросов энергоустановок и степени их внедрения в производство. Было установлено приоритетное направление данных технологий - разработка паротурбинных установок на органических рабочих телах. На сегодняшний день направление утилизации тепловых выбросов энергоустановок сдерживается отсутствием эффективных энергетических установок, позволяющих утилизировать тепловую энергию с низкотемпературными параметрами теплоносителя.
Библиографические ссылки
1. Sotirios Karellas, Andreas Schuster Supercritical Fluid Parameters in Organic Rankine Cycle Applications Int. J. of Thermodynamics Vol. 11 (No. 3), pp. 101-108, September 2008.
2. Brasz Joost J. Power Production from a Moderate -Temperature Geothermal Resource // Joost J. Brasz, Bruce P. Biederman, Gwen Holdmann. Paper presented at the Geothermal Resources Council Annual Meeting September 25-28th, 2005; Reno, NV, USA.
© Мамедли Р. Р., Парфенок С. И., 2014
УДК 621.5
М. В. Мошенец Научный руководитель - Е. В. Черненко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СКВ ЗАКРЫТЫХ СПОРТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ
Рассматриваются особенности проектирования систем кондиционирования и вентиляции закрытых спортивных объектов. Эта тема актуальна, так как во многих странах идет активное развитие спортивных объектов.
Одними из самых сложных спортивных объектов с точки зрения проектирования системы кондиционирования являются ледовые арены и объекты с открытыми водными пространствами (бассейны). На любом подобном спортивном сооружении можно выделить минимум две зоны. Первая — это «чаша» арены с поверхностью льда или воды и трибунами, вторая — подтрибунные помещения. Система климатизацииса-мих арен имеет некоторые особенности. Поверхность
льда, к примеру, имеет обычно околонулевую температуру, то есть является своеобразным «генератором холода». Математическое моделирование с использованием специализированного программного обеспечения дает возможность проектировщикам обеспечить такое взаимное движение масс воздуха, при котором струи с различной температурой не перемешиваются между собой. Над ледовым покрытием образуется своеобразный «воздушный шатер» из доста-
