Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0081

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0081
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт московского строительства "НИИМосстрой"
Название доклада
Оценка рыночного потенциала теплонасосных систем снеготаяния использующих низкопотенциальную теплоту атмосферного воздуха
Докладчик
Лесков Виталий Александрович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Формирование принципов и методов создания теплонасосных систем снеготаяния, использующих низкопотенциальную теплоту атмосферного воздуха и обеспечивающих:
экономию энергии до 50 % 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.
Актуальность и новизна исследования
Проблема удаления снега и его утилизация является актуальной для всех мегаполисов, расположенных в северных широтах земного шара.
Существующая схема утилизации снежной массы в Москве и Санкт-Петербурге не предусматривает применение систем снеготаяния с использованием тепловых насосов. За последнее десятилетие в этих городах активно используются мобильные снегоплавильные установки на жидком (дизельном) топливе, что сопряжено со значительными эксплуатационными затратами.
Исследования проведённые в рамках данного Проекта подтвердили возможность использования теплонасосных систем снеготаяния, использующих теплоту окружающего воздуха. При этом, температурный потенциал окружающего воздуха в зимний период позволяет обеспечить приемлемую экономическую эффективность таких систем, при сравнительно небольших капитальных вложениях.
Создание теплонасосной системы снеготаяния, использующей в качестве низкопотенциального источника - низкопотенциальную теплоту атмосферного воздуха, 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 городов России вторичных энергетических ресурсов.
Описание исследования

1. В рамках отчетного этапа разработана оригинальньная  «Программа и методика проведения лабораторных режимных испытаний теплонасосного оборудования».  С помощью  разработанной Программы и методики были  подтверждены лабораторными режимными испытаниями значения технических характеристик созданной экспериментальной  теплонасосной  установки, входящей в состав разрабатываемой теплонасосной системы снеготаяния (ТСС), в том числе:

- теплопроизводительность установки;

- коэффициент преобразования энергии установки.

2. Новые научные данные, полученные в результате проведенных  лабораторных режимных испытаний, позволили разработать  "Программу и методики проведения натурных испытаний экспериментального образца ТСС и подтвердить натурными испытаниями эффективность, а также соответствие значений технических характеристик созданной экспериментальной  теплонасосной  системы снеготаяния Техническому заданию, в том числе:

- теплопроизводительность;

- коэффициент преобразования энергии.

3. Существенной новизной обладают результаты исследований и испытаний, проведенных в рамках данной темы, в том числе и на предыдущих этапах работ,  в частности, новые научные данные и результаты позволили сформулировать новые принципы и методы создания разрабатываемых теплонасосных  систем  снеготаяния.

4. При проведении исследований,  разработки  "Программ и Методик  лабораторных и натурных экспериментов  экспериментального образца теплонасосной системы снеготаяния", были использованы методы и инструменты исследований, соответствующие  самому современному уровню науки и техники.  Для организации  диспетчеризации (мониторинг и управление) и проведения натурных исследований  используется самый современный свободно-программируемый контроллер и  программное обеспечение: КОНТАР SCADА.  Для обработки, архивации   и обработки экспериментальных данных используется глобальный Интернет-сервер, доступ к которому обеспечивается с любого компьютера, подключенного к Интернет через обычный web-браузер. Передача данных на верхний уровень осуществляется с помощью GSM модема. Фактически  экспериментальные исследования,  контроль изменение    режимных параметров экспериментального образца производятся в режиме on-line  удаленно из любой точки мира. 

5. На основе удаленной диспетчеризации экспериментального образца  проведён графический и табличный анализ данных архивов натурных испытаний ТСС.   

Результаты исследования

К наиболее важным результатом проведенных прикладных научных исследований нужно отнести следующее:

  • результаты  оценки располагаемого потенциала ВИЭ и разработаны принципиальные технические решения по его использованию в системах таяния  и удаления снега;
  • новые научные данные   и результаты лабораторных испытаний  трубопроводов и соединительных элементов из полимерных материалов в условиях отрицательных температур  и выявлены факторы, определяющие долговечность и надежность эксплуатации теплонасосных систем снеготаяния;
  • экспериментально подтверждено  существенное влияние  на показатели значений эквивалентной теплопроводности грунта процессов, связанных с фазовыми переходами поровой влаги: конденсацией  и замораживанием паров воды в поровом пространстве грунта площадки для снеготаяния. Получены новые научные данные    и значения эквивалентной теплопроводности для песка, учитывающие процессы фазовых переходов поровой влаги,   на основе которых проведены расчеты экспериментального образца теплонасосной площадки для снеготаяния;
  • экспериментально   и теоретически изучен процесс формирования капель конденсата водяного пара при утилизации теплоты  воздушного потока. Исследования позволили выявить наиболее «конденсатоопасные» области теплообменника, в которых наиболее вероятно появление конденсата и последующее его замораживание. Весьма интересен факт низких  скоростей конденесатообразования у теплообменников из полимерных материалов, чем у медных или стальных. Это  позволяет в подобных конструкциях рассчитывать на меньшую скорость нарастания «шубы» из инея и, соответственно, меньшую скорость падения эффективности теплообмена;
  • установлено, что перспективным  источником  низкопотенциальной тепловой энергии для  испарителей теплонасосных систем снеготаяния является атмосферный воздух. Теплота окружающего атмосферного воздуха, как источник низкопотенциальной теплоты, характеризуется, как правило, существенными колебаниями  температурного потенциала (суточными и сезонными), что влечёт за собой колебания режимов работы теплового насоса, снижающие его эффективность. Кроме того, средний уровень температуры окружающего воздуха влияет на коэффициент преобразования энергии  (COP): чем ниже температура, тем ниже коэффициент преобразования. В этой связи теплоту окружающего воздуха как источник тепла низкого потенциала  целесообразно использовать при  температуре окружающего воздуха (не ниже (- 10 ОС));
  • фактически впервые в России создана и испытана в натурных условиях энергоэффективная теплонасосная система снеготаяния, оснащённая оборудованием, использующим низкопотенциальное тепло атмосферного воздуха; 
  • разработанные  принципы и методы создания теплонасосных систем снеготаяния, использующих низкопотенциальную теплоту атмосферного воздуха были апробированы в натурных условиях на созданном экспериментальном образце теплонасосной площадки для таяния снега, установленной на территории ОАО «НИИМосстрой», расположенном по адресу г. Москва,  ул. Винницкая, дом 8. 

В процессе проведения прикладных научных исследований были разработаны новые технологические  и технические решения,  по которым в 2016 г. были поданы заявки на получение Патентов РФ на изобретения.

1. Получен Патент на полезную модель №161552 "Снегоплавильное устройство".

2. Подана Заявка №2016109240 от 15.03.2016. "Площадка для таяния снега".

3. Подана Заявка №2016120018 от 24.05.2016. "Снегоплавильное устройство".

Практическая значимость исследования
В результате проведенных прикладных исследований фактически созданы основные принципы и методы создания теплонасосных систем снеготаяния, использующих низкопотенциальную теплоту атмосферного воздуха, позволившие на примере Москвы сформулировать принципиально новую «систему распределенного снеготаяния» (СРС), основой которой должны являться разработанные в рамках темы придомовые теплонасосные системы снеготаяния, площадью до 10-15 кв.м, использующие нетрадиционные источники энергии. Расчеты показывают, что применение предлагаемой в данном отчете СРС позволит даже в климатических условиях такого северного мегаполиса как Москва значительную часть затрат энергии на таяние снега покрыть за счет нетрадиционных возобновляемых источников энергии. По оценке авторов настоящего бизнес-плана в этом случае энергетический вклад НВИЭ в проблему удаления снега с улиц Москвы может составить до 80%.
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.