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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Печать клавиатуры на бумаге 08.09.2020 Ученые из Университета Пердью (США) разработали простой процесс печати, который превращает бумажные листы из записной книжки в клавиатуру, интерфейс музыкального плеера, а также может сделать упаковку для еды интерактивной. Новый метод позволяет сделать бумагу водоотталкивающей - за счет покрытия из высокофторированных молекул. Для бумаги также не страшны масло и пыль. Это омнифобное покрытие позволяет печатать несколько слоев схем на бумаге. При этом чернила не размазываются между слоями. Кроме того, у бумажного электронного устройства автономное питание. Ему не требуется никаких внешних аккумуляторов, так как они получают энергию от контакта с пользователем. Технология совместима с традиционными крупномасштабными процессами печати, поэтому превратить обычный картон или бумагу в интеллектуальную упаковку или интеллектуальный интерфейс можно очень просто и быстро. Авторы работы надеются, что такую "умную" бумагу можно использовать для упаковки пищевых продуктов или посылок: с ее помощью можно проверять, безопасна ли еда для употребления, на ней можно подписывать посылку, лишь проведя пальцем по коробке. Также простые листы из записной книжки могут быть преобразованы в интерфейсы музыкального проигрывателя, чтобы пользователи могли выбирать песни, воспроизводить их и регулировать громкость.

Другие интересные новости:

▪ Движок Unreal Engine 5

▪ Мобильная рабочая станция Eurocom Racer 3W

▪ Наручные часы со встроенным MP3 плеером и рекордером

▪ Робот сортирует мух

▪ Столовые приборы влияют на вкус пищи

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Афоризмы знаменитых людей. Подборка статей

▪ статья Надо есть для того, чтобы жить, а не жить для того, чтобы есть. Крылатое выражение

▪ статья За какое время наполовину распадутся самые опасные осадки Чернобыльской зоны? Подробный ответ

▪ статья Осока парвская. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Телевизионные антенны на скорую руку. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья По щучьему веленью, по вашему хотенью. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026