Регистрация / Вход
Прислать материал

Принципы и методы создания теплонасосных систем снеготаяния, использующих низкопотенциальную теплоту атмосферного воздуха

Номер контракта: 14.579.21.0081

Руководитель: Васильев Григорий Петрович

Должность руководителя: научный руководитель ОАО"НИИМосстрой"

Докладчик: Лесков Виталий Александрович, Главный инженер "Центра энергосбережения"

Организация: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт московского строительства "НИИМосстрой"
Организация докладчика: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт московского строительства "НИИМосстрой"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
теплонасосные системы снеготаяния, тепловой насос, теплонасосные системы, теплонасосная установка, коэффициент преобразования энергии.

Цель проекта:
1. Москва расположена севернее большинства городов мира аналогичного размера в зоне континентального климата, поэтому в Москве объемы вывозки снега зимой измеряются миллионами кубических метров и возникает проблема утилизации этой снежной массы. При решении этой проблемы необходимо учитывать целый ряд факторов, как экономических, так и экологических. К экономическим факторам, в первую очередь, относится стоимость перевозки снега, практически определяющая способы его утилизации. Применительно к Москве уборка магистралей города и вывоз загрязненного снега в места его утилизации обходится в несколько миллиардов рублей за зимний сезон. Увеличение плеча перевозки снега на 10 километров по стоимости сравнимо с затратами на топливо, требующимися для плавления такого же количества снега. Кроме того, перевозка снега автотранспортом приводит к дополнительной экологической нагрузке на воздушную среду города за счет загрязнения ее выхлопными газами. Поэтому целесообразно иметь сеть утилизирующих снег сооружений, относительно равномерно распределенных по территории города. Экологические факторы, влияющие на решение проблемы утилизации вывозимого снега, заключаются в необходимости ликвидации воздействия имеющихся в снеге загрязнений на окружающую среду. Недопустимо создание на газонах сугробов из убранного с дорог снега, поскольку он загрязнен хлоридами, используемыми в качестве противогололедных реагентов, и пагубно действует на зеленые насаждение. Если же использовать противогололедные реагенты на основе мочевины и нитратов, то может быть нанесен существенный урон водным объектам города. С экологической точки зрения все элементы процесса зимней уборки магистралей города взаимосвязаны и должны рассматриваться как единая, оптимальным образом организованная система. Существенным преимуществом технологии снеготаяния, использующей нетрадиционные возобновляемые источники энергии является независимость от городских сетей – автономность. Разрабатываемые принципы и методы создания теплонасосных систем снеготаяния позволят построить энергетически и экологически эффективные пункты для снеготаяния практически в любом месте. В качестве источника низкопотенциального тепла теплонасосных систем снеготаяния выбран наиболее доступный – теплота окружающего атмосферного воздуха. Значение результатов ПНИ и ЭР для города состоит также в улучшении экологической ситуации за счёт отказа от применения противогололёдных реагентов и средств и устранения соответствующего воздействия на окружающую среду, в создании более комфортных и безопасных условий для перемещения по городу маломобильных групп населения и в содействии снижению нагрузки на транспортную систему города за счет исключения вывоза снега с придомовых территорий. 2. Целью проекта является формирование принципов и методов, а также разработка научно-технического обоснования по созданию теплонасосных систем снеготаяния, использующих низкопотенциальную теплоту атмосферного воздуха и обеспечивающих: - экономию энергии до 50 % по сравнению с традиционными системами снеготаяния, использующими прямой электрический, дизельный нагрев или энергию от тепловых сетей, за счет использования низкопотенциального тепла атмосферного воздуха; - снижение экологической нагрузки на природу за счет внедрения энергосберегающей экологически безопасной технологии таяния снега; - снижение нагрузки на транспортную систему городов, за счет исключения вывоза снега; - вовлечение в процесс таяния снега, убираемого с обслуживаемых городскими коммунальными службами территорий, нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Основные планируемые результаты проекта:
1. - Разработана Программа и методика испытаний полимерных трубопроводов и соединительных деталей к ним в условиях отрицательных температур;
- проведены лабораторные испытания трубопроводов и соединительных элементов из полимерных материалов в условиях отрицательных температур и выявлены факторы, определяющие долговечность и надежность эксплуатации теплонасосных систем снеготаяния;
- в результате выполнения исследований элементов технологии таяния и удаления снега, и проведения «численного» моделирования технологических режимов теплонасосного оборудования, получены научные данные, которые позволили выявить и оценить степень воздействия факторов, влияющих на технологии теплонасосного снеготаяния, таких как:
- процессы тепломассопереноса в грунтовом массиве и многокомпонентной системе и эквивалентная влажность грунта;
- процессы конденсации и замораживания влаги в теплообменных аппаратах теплонасосных систем, использующих низкопотенциальную теплоту атмосферного воздуха;
- температура конденсации паров холодильного агента;
- степень загрузки снежной массой и температура поверхности снеготаяния;
- площадь и шаг оребрения теплообменной поверхности испарителя ТНУ;
- гидрофобное покрытие теплообменной поверхности испарителя ТНУ;
- угол наклона поверхности снеготаяния;
- относительная влажность окружающего воздуха.
2. Разрабатываемые эскизная конструкторская документация и изготовленный экспериментальный образец теплонасосного оборудования для снеготаяния теплопроизводительностью 10 кВт., а также Программа и методика проведения натурных испытаний экспериментального образца теплонасосной системы снеготаяния позволят:
- разработать новые принципы и методы создания теплонасосных систем снеготаяния;
- дать технико-экономическую оценку экспериментальных результатов в сравнении с современным научно- техническим уровнем.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Создаваемая научно-техническая продукция, а именно - теплонасосная система снеготаяния, позволит утилизировать до 10 куб. м. снежной массы в сутки при потреблении 3,5...4 кВт электрической мощности, а также обеспечит возможность возведения энергоэффективных пунктов теплонасосного снеготаяния без использования прямого электрического и дизельного нагрева, а также без потребления тепловой энергии от внешних источников теплоснабжения и существенно расширит объемы интеграции в энергетический баланс Москвы и других городов России вторичных энергетических ресурсов.
Теплонасосная система снеготаяния способна экономить до 50 % энергии, расходуемой на таяние снега, а также затраты на транспортные расходы, связанные сегодня с перемещением снега на городские снегоплавильные пункты.

2. При разработке проекта уделено внимание повышения надежности эксплуатации элементов теплонасосных систем в условиях отрицательных температур. Для выполнения данной задачи была разработана Программа и методика испытаний полимерных трубопроводов и соединительных деталей к ним в условиях отрицательных температур и проведены лабораторные экспериментальные исследования, поскольку существующие нормативы регламентируют применение и монтаж полимерных трубопроводов только при положительных температурах.
3. Современные работы и публикации по теме проекта, при рассмотрении источника теплоснабжения – теплоты атмосферного воздуха, по нашему мнению, не достаточно уделяют внимание этой теме. И в основном, рассматривают возможность использования систем снеготаяния с помощью тепловых насосов и теплоты грунтового массива, что обоснованно, но сопряжено с увеличенными капитальными затратами. При этом, температурный потенциал окружающего воздуха в зимний период позволяет обеспечить приемлемую экономическую эффективность таких систем, при сравнительно небольших капитальных вложениях.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Основными потребителями научного результата могут стать коммунальные службы, ответственные за уборку дорог и дворовых территорий, товарищества собственников жилья и предприятия, которые в настоящий момент вынуждены вывозить снег на переработку или складирование, строительные и проектные организации.

2. Теплонасосная система снеготаяния имеет существенную экономическую эффективность, по-скольку, экономит не только до 50 % энергии, расходуемой на таяние снега, но транспортные расходы, связанные сегодня с перемещением снега на городские снегоплавильные пункты.

3. Создаваемая научно-техническая продукция обеспечит возможность возведения энергоэффективных пунктов теплонасосного снеготаяния без использования прямого электрического и дизельного нагрева, а также без потребления тепловой энергии от внешних источников теплоснабжения и существенно расширит объемы интеграции в энергетический баланс Москвы и других городов России вторичных энергетических ресурсов.

Текущие результаты проекта:
Результаты достигнутые на текущем (третьем) этапе выполнения ПНиЭР:
1. Разработана Программа и методики проведения лабораторных экспериментальных исследований по оценке теплотехнических характеристик грунта, теплоизоляции, покрытий и др. конструктивных материалов теплонасосных систем снеготаяния.
2. Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец теплонасосного оборудования для снеготаяния теплопроизводительностью до 14 кВт.
3. Изготовлен экспериментальный образец теплонасосной системы снеготаяния теплопроизводительностью 10 кВт.
4. Разработан алгоритм автоматизации экспериментальных исследований и испытаний, и оснащен контрольно-измерительным оборудованием экспериментальный образец теплонасосной системы снеготаяния.
5. Проведена аналитическая оценка выбора базовых контроллеров и измерительных устройств (датчики измерения температур, давлений, влажности, и пр.) для систем удаленного мониторинга и управления теплонасосными системами снеготаяния, на основе выявления рациональных сочетаний критериев надежности, долговечности, стоимости и точности измерения.
6. Проведены лабораторные экспериментальные исследования по оценке теплотехнических характеристик грунта, теплоизоляции, покрытий и др. конструктивных материалов теплонасосных систем снеготаяния.