Утилизация и рекуперация тепла. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Прежде, чем говорить об утилизации и рекуперации тепла, нужно определить эти похожие понятия. Утилизация (использование) предполагает употребление тепла для различных целей. Рекуперация (возврат) указывает на возвращение тепла в жилое помещение, производственный процесс и т.д.

Сколько бы мы не совершенствовали теплогенераторы, как бы не теплоизолировали и герметизировали наши дома, все 100% произведенного тепла рано или поздно покинут жилое помещение. "Виноват" во всем процесс дыхания, требующий вентиляции. При вентиляции вместе с использованным воздухом наше жилье покидает также и тепло.

Идея хоть как-нибудь утилизировать выбросы тепла не нова. Простейшим устройством, позволяющим использовать уменьшение плотности газов при их нагревании, является давно известная дымовая труба. Этот, как говорят теплоэнергетики, неподвижный спрямитель осуществляет тягу в топке, что, в свою очередь, позволяет достичь большей температуры сгорания топлива. Примером вентиляции помещения является камин. Сегодня его ошибочно считают теплогенератором. Но теплогенератор из камина, прямо скажем, никудышный: по КПД это устройство занимает самое последнее место среди всех известных теплогенераторов.

Особенно актуальна идея утилизации тепла в металлургии. Более половины энергии, потребляемой промышленностью, и более трети добываемого угля направляется именно на нужды металлургии. Использовать тепло металлургических процессов для прогрева доменного дутья позволяют теплообменные аппараты. Такие устройства можно использовать и для рекуперации тепла в жилых помещениях [1].

Схема принудительной вентиляции с теплообменом между входящим и выходящим воздухом показана на рис.1.

Электровентилятор прогоняет использованный воздух через теплообменник. При этом свежий воздух поступает в помещение прогретым. Чтобы увеличить степень этого прогрева, необходимо повысить давление выводимого наружу отработанного воздуха. Часто используемые для утилизации тепла газы (воздух, пар, дым) содержат различные загрязнения, которые засоряют теплообменные аппараты. Для предотвращения этого опять-таки необходимо повышать давление газов, используемых для нагрева в теплообменнике. Осуществить такое можно с помощью дросселя - отверстия малого диаметра, препятствующего свободному продвижению газов. Повысив давление воздуха до 30-40 атм., можно нагреть его свыше 700°C. Свойство газов повышать свою температуру при сжатии используется в дизелях, кондиционерах, при сжижении газов и т.д.

Но применять дроссель для концентрации тепла энергетически нецелесообразно. Для повышения экономичности теплоутилизирующих и теплорекуперирующих устройств вместо дросселя необходимо применять детандеры, желательно на базе тангенциальной турбины (вихретурбины) рис.2, где 1 - спиральный подвод газа, 2 - направляющий сопловой аппарат, 3 ротор, 4 - отводной диффузор.

По сути своей детандеры являются не чем иным, как пневмодвигателями, в которых газ, расширяясь, совершает работу и сильно охлаждается. Сегодня турбодетандеры используются там, где они почти незаменимы: для сжижения газа водорода, который при прохождении через дроссель не охлаждается, а, наоборот, нагревается.

Сегодня детандеры нагружают специально охлаждаемыми водой тормозами. Тепло образовавшегося кипятка утилизируют посредством градирни - вертикальной трубы очень большого диаметра (рис.3).

В градирне тепло используется для охлаждения воды с помощью гиперконвекции атмосферного воздуха. Изобретены эти устройства сотни лет назад и сегодня уже морально устарели, заменяются более эффективными и компактными теплонасосами, позволяющими использовать малопотенциальное тепло на все 100%. Необходимо вспомнить также, что градирни являются одним из самых больших источников тепловых загрязнений атмосферы.

Если детандеры нагружать не тормозами, а компрессорами, электрогенераторами или использовать в качестве двигателей, то некоторую часть энергии, затраченную при сжатии газа, можно получить обратно, при этом эффективность теплообменных агрегатов возрастает.

Для экономии электроэнергии на теплонагреве возможно использование различных типов теплонасосов, но самый большой интерес представляют агрегаты, в которых рекуперация тепла сочетается с рекуперацией движения или электроэнергии.

На рис.4 изображен теплорекуператор, исполняющий функции вентиляционной установки и теплогенератора.

В качестве рабочего тела используется воздух из вентилируемого и отапливаемого этой тепловой машиной помещения. Нагрузка (компрессор) распределяется с помощью дифференциала между электродвигателем и детандером. Водители знакомы с работой дифференциала в ведущем мосте автомобиля.

Конструкция агрегата турбонаддува, состоящего из компрессора и детандера, также известна многим. Использование турбонаддува в кондиционерах повысило их эффективность в 2 раза. Если применить турбонаддув в рекуператоре (рис.5), то надобность в дифференциале отпадет.

Но самой заманчивой является идея применения тангенциальной турбины-детандера для привода электрогенератора (рис.6).

Рабочие обороты турбодетандера огромны (десятки и даже сотни тысяч оборотов в минуту), что позволяет использовать генераторы с большой удельной мощностью и КПД. При достаточно мощном рекуператоре на выходе из детандера можно получить переохлажденный воздух, что позволит применить электрогенераторы на сверхпроводниках. Сегодня сверхпроводники делают уже школьники [2]. Для этого спекают в течение 8 часов смесь оксидов иттрия, бария и меди в соотношении 1:2:3. Такой материал проявляет сверхпроводимость уже при температуре жидкого азота (77°K).

Сегодня, как никогда, важно задумываться над экономией тепло- и электроэнергии. Большую помощь в деле осуществления почти 100%-ной экономии окажут теплонасосы и рекуператоры на их базе.

Применение этих устройств резко снизит потери электро- и теплоэнергии в наших домах. Но самое главное, рекуператоры существенно снизят вредные выбросы, которые уже сегодня ведут к непредсказуемым и катастрофическим изменениям в природе.

Литература:

1. Утилизация тепла//Электрик. - 2001. - N9. - C.3.
2. Тучинский Л. Кому улыбается удача. К.: 1990, 125 с.

Автор: Ю. Бородатый

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Влияние отношения к старости на здоровье человека 21.04.2024 Старение - естественный процесс, но наше отношение к нему может иметь глубокое влияние на наше физическое и умственное благополучие. Новое исследование из Тринити-Колледжа в Дублине обнаружило, что позитивное восприятие старения может способствовать сохранению физической и когнитивной активности в пожилом возрасте. Давайте рассмотрим результаты этого исследования подробнее. Исследователи из Тринити-Колледжа в Дублине провели обширное исследование о влиянии отношения к старости на физическое и умственное здоровье. Они проанализировали данные 4135 участников Ирландского Продольного Исследования Старения (TILDA), проведя анкетный опрос и тестирование их познавательных способностей и физических параметров. Результаты исследования показали, что люди, имеющие положительное отношение к старости, имеют больше шансов сохранить свою физическую и умственную активность в пожилом возрасте. Они демонстрировали более высокие показатели на когнитивных тестах и имели лучшую физическую мобильность. Важно отметить, что эти результаты были устойчивы даже после учета различных факторов, таких как лечение, настроение и жизненные обстоятельства. Даже при наличии здоровствующих проблем, позитивное отношение к старению оказывало положительное влияние на когнитивное и физическое здоровье. Исследование подчеркивает важность позитивного отношения к старению для общего благополучия. Поддерживать положительное видение старости может помочь сохранить физическую и умственную активность на протяжении всей жизни. Это призывает нас к пересмотру наших убеждений о старении и усилению позитивного мышления по этому поводу.

Другие интересные новости:

▪ Новый микроконтроллер от Maxim

▪ Робомобили для строительства автомагистралей

▪ Зимний дождь в выходные

▪ Экситонный транзистор

▪ XTR305 - промышленный драйвер аналогового сигнала с диагностикой

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Предварительные усилители. Подборка статей

▪ статья Сегодня - рано, послезавтра - поздно. Крылатое выражение

▪ статья Какие отец и сын получили Нобелевские премии за разные исследования одних частиц? Подробный ответ

▪ статья Трахистемон восточный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Многополосные акустические системы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Антенна Шпиндлера для приема телевидения MMDS. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026