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:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Игра с собакой снижает стресс 18.03.2025 Недавнее исследование, проведенное под руководством Джарувана Хонми из Университета Чиангмаи в Таиланде, выявило важные выводы о положительном воздействии взаимодействия с собаками на снижение стресса у людей. Эксперимент продемонстрировал двустороннюю выгоду от общения с животными: не только люди испытывали уменьшение стресса, но и сами собаки получали положительный эффект от такого взаимодействия. Исследование включало 122 студентов, которые сначала прошли тестирование для оценки уровня стресса. Для этого были использованы как субъективные анкеты, так и объективные медицинские измерения, включая анализ слюны на уровень кортизола, пульс и кровяное давление. После первоначальных замеров студенты провели 15 минут с одной из шести собак, участвующих в эксперименте. Эти животные - пять чихуахуа и одна шетландская овчарка - не имели сертификации для терапевтической работы, но были воспитаны с вниманием к их психоэмоциональному состоянию и поведению. После этого короткого общения с животными, результат оказался впечатляющим: студенты отметили снижение уровня стресса на 33,5% по самооценке. Объективные показатели также подтвердили эти данные. У участников улучшилось сердечное ритм и заметно снизился уровень кортизола, гормона стресса, в слюне. Это свидетельствует о том, что даже короткие сеансы общения с собаками могут оказывать значительное влияние на психоэмоциональное состояние. Не менее интересным оказалось то, что сами собаки тоже испытали положительные изменения. Хотя их уровень кортизола не изменился непосредственно в день эксперимента, через неделю анализ фекалий показал снижение этого гормона стресса. Это открытие позволяет утверждать, что взаимодействие с людьми может быть полезным и для самих животных, помогая им справляться с психоэмоциональными нагрузками. Согласно исследованиям, даже несертифицированные собаки могут быть полезными для психического здоровья человека. Это особенно важно в ситуациях, когда доступ к профессионально обученным терапевтическим животным ограничен. Ученые подчеркивают, что в таких случаях не обязательно использовать специально сертифицированных собак, поскольку уже обычное общение с животными может приносить значительную пользу.

Другие интересные новости:

▪ Автопилот китайского поисковика Baidu

▪ Перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM) серии Microwire

▪ ЦРУ в борьбе с глобальным потеплением

▪ Беспроводное электричество

▪ Влияние стресса на размер мозга

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электромонтажные работы. Подборка статей

▪ статья Готфрид Вильгельм Лейбниц. Знаменитые афоризмы

▪ статья Как изучаются звезды? Подробный ответ

▪ статья Работа на фрезерном станке. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Сварка без электричества. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Заряжаем батарею ноутбука от зарядного устройства мобильного телефона. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026