Centrales électriques basées sur des pompes à chaleur. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives

 Commentaires sur l'article

introduction

L'approvisionnement en chaleur en Russie, avec ses hivers longs et plutôt rigoureux, nécessite des coûts de combustible très élevés, qui sont presque 2 fois plus élevés que les coûts d'approvisionnement en électricité. Les principaux inconvénients des sources traditionnelles d'approvisionnement en chaleur sont leur faible efficacité énergétique (en particulier dans les petites chaufferies), leur efficacité économique et environnementale (l'approvisionnement en chaleur traditionnel est l'une des principales sources de pollution dans les grandes villes). De plus, les tarifs de transport élevés pour la livraison des vecteurs énergétiques exacerbent les facteurs négatifs inhérents à l'approvisionnement en chaleur traditionnel.

Il est impossible de ne pas prendre en compte un inconvénient thermodynamique aussi grave que le faible rendement exergétique de l'utilisation de l'énergie chimique du combustible pour les systèmes d'alimentation en chaleur, qui dans les systèmes de chauffage est de 6 à 10%.

Coûts extrêmement élevés pour les réseaux de chaleur, qui sont probablement l'élément le moins fiable des systèmes de chauffage urbain. Le taux d'accident spécifique pour les canalisations d'un diamètre de 1400 mm est d'un accident par an pour 1 km de longueur, et pour les canalisations d'un diamètre inférieur - environ six accidents. Si l'on tient compte du fait que la longueur totale des réseaux de chauffage en Russie est de 650 300 km et que XNUMX XNUMX km doivent être complètement remplacés, il devient évident que la construction et l'entretien de réseaux de chauffage en état de marche nécessitent des coûts proportionnels au coût de centrales thermiques ou chaufferies de quartier.

Tous les facteurs négatifs énumérés de l'approvisionnement en chaleur traditionnel nécessitent de toute urgence l'utilisation intensive de méthodes non traditionnelles.

L'une de ces méthodes est l'utilisation bénéfique de la chaleur naturelle dissipée à basse température (5-30°C) ou de la chaleur résiduelle industrielle pour l'approvisionnement en chaleur à l'aide de pompes à chaleur.

Les pompes à chaleur, du fait qu'elles sont épargnées de la plupart des inconvénients énumérés du chauffage urbain, ont trouvé une large application à l'étranger, si en 1980 il y avait environ 3 millions d'installations de pompes à chaleur aux États-Unis, 0,5 million au Japon, 0,15 dans l'Ouest Europe, 1993 millions, puis en 12, le nombre total d'installations de pompes à chaleur (HPU) en fonctionnement dans les pays développés dépassait 1 millions, et la production annuelle est supérieure à 2020 million.La production de masse de pompes à chaleur s'est établie dans presque tous les pays développés. Selon les prévisions du Comité mondial de l'énergie, d'ici 75, dans les pays avancés, la part du chauffage et de l'approvisionnement en eau chaude à l'aide de pompes à chaleur sera de XNUMX%.

Désignations, indices et abréviations de base

Notation de quantité

• c - capacité calorifique, kJ / (kg? K);
• d est la teneur en humidité de la vapeur d'eau dans l'air, kg/kg ;
• G - débit massique, kg/s ;
• H - chute de chaleur, J/kg, kJ/kg ;
• h - enthalpie, J/kg, kJ/kg ;
• p - pression, Pa, kPa;
• n - vitesse, 1/c ;
• N - puissance, W, kW, MW;
• q - consommation de chaleur spécifique, J/J, kJ/kJ ;
• Q - la quantité de chaleur, W, kW, MW;
• s - entropie, J/(kg K), J/(kg K);
• t - température, °C ;
• T - température, K;
• v - volume spécifique, m3/kg ;
• x est le degré de siccité à la vapeur ;
• h - efficacité;
• h m - efficacité mécanique;
• p est le degré d'augmentation (diminution) de la pression ;
• s est le facteur de conservation de la pression.

Indices

• dans les airs ;
• vd - eau;
• vl - humide;
• vn - interne ;
• à - final ;
• cond - condensation;
• p - vapeur;
• cm - mélange;
• cf - moyen ;
• sec - sec;
• p - calculé ;
• s - saturation ;
• je - interne ;
• 0 - initiale ; règlement; nominal;
• g - liquide.

Les abréviations

• Efficacité - facteur d'efficacité ;
• HPP - unité de pompe à chaleur.

Principe de fonctionnement de la pompe à chaleur

Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur découle des travaux de Carnot et de la description du cycle de Carnot, publiée dans sa thèse en 1824. Un système de pompe à chaleur pratique a été proposé par William Thomson (Lord Kelvin) en 1852. à des fins de chauffage. Pour justifier sa proposition, même alors, Thomson a souligné que les ressources énergétiques limitées ne permettraient pas la combustion continue de combustible dans les fours pour le chauffage et que son multiplicateur de chaleur consommerait moins de combustible que les fours conventionnels. La pompe à chaleur (HP) proposée par Thomson utilisait l'air comme fluide de travail. L'air ambiant était aspiré dans le cylindre, détendu en se refroidissant, puis traversait un échangeur de chaleur, où il était chauffé par l'air extérieur. Après avoir été comprimé à la pression atmosphérique, l'air du cylindre pénètre dans la pièce chauffée, étant chauffé à une température supérieure à la température ambiante. En fait, une machine similaire a été mise en place en Suisse. Thomson a déclaré que sa PAC est capable de produire la chaleur requise en utilisant seulement 3 % de l'énergie utilisée pour le chauffage.

Les installations de pompes à chaleur n'ont été développées que dans les années 20 et 30 du 20e siècle, lorsque la première installation conçue pour le chauffage et la production d'eau chaude utilisant la chaleur de l'air ambiant a été créée en Angleterre. Après cela, les travaux ont commencé aux États-Unis, menant à la création de plusieurs usines de démonstration.

La première grande installation de pompe à chaleur en Europe a été mise en service à Zurich en 1938-1939. Il utilisait la chaleur de l'eau de la rivière, un compresseur rotatif et un réfrigérant. Il assurait le chauffage de la mairie avec de l'eau à une température de 60 C à une puissance de 175 kW. Il y avait un système de stockage de chaleur avec un radiateur électrique pour couvrir la charge de pointe. Pendant les mois d'été, l'installation fonctionnait pour le refroidissement. Entre 1939 et 1945, 9 autres installations de ce type ont été créées afin de réduire la consommation de charbon dans le pays. Certains d'entre eux fonctionnent avec succès depuis plus de 30 ans.

Ainsi, en 1824, Carnot utilise pour la première fois le cycle thermodynamique pour décrire le procédé, et ce cycle reste la base fondamentale pour le comparer et évaluer l'efficacité de la PAC. Une pompe à chaleur peut être considérée comme un moteur thermique inversé. Le moteur thermique reçoit de la chaleur (Fig. 1.1.1) d'une source à haute température et la rejette à basse température, ce qui donne un travail utile. Une pompe à chaleur nécessite du travail pour générer de la chaleur à basse température et la restituer à des températures plus élevées.

Fig.1.1.1. Schéma thermodynamique d'une pompe à chaleur et d'un moteur thermique. 1 - pompe à chaleur ; 2 - moteur thermique.

On peut montrer que si ces deux machines sont réversibles (c. W Si ce n'était pas le cas, il serait alors possible de construire une machine à mouvement perpétuel simplement en connectant une machine à une autre. Uniquement dans le cas d'un moteur thermique, ce rapport s'écrit sous la forme W/Qn et s'appelle rendement thermique, alors que pour une pompe à chaleur il reste sous la forme Qn/W et s'appelle coefficient de conversion thermique (Kt).

Si nous supposons que la chaleur est fournie de manière isotherme à une température TL et évacuée de manière isotherme à une température TH, et que la compression et la détente sont effectuées à entropie constante (Fig. 1.1.2), le travail est fourni par un moteur externe, alors le coefficient de conversion pour le cycle de Carnot ressemblera à : Кт = TL /( TN - TL ) + 1 = TN / ( TN - TL )

Ris.1.1.2

Ainsi, aucune pompe à chaleur ne peut avoir un meilleur rendement, et tous les cycles pratiques ne réalisent que la volonté de se rapprocher le plus possible de cette limite.

Classement des pompes à chaleur

À l'heure actuelle, un grand nombre d'installations de pompes à chaleur ont été créées et sont exploitées, différant par les schémas thermiques, les fluides de travail et les équipements utilisés. Selon la désignation des différentes classes d'installations, dans les sources littéraires que nous connaissons, il n'y a pas d'opinion établie unique, il existe différentes désignations et termes.

À cet égard, la classification des installations revêt une grande importance, ce qui permet de considérer leurs propriétés conformément à l'un ou l'autre groupe. Tous les types d'installations de pompes à chaleur peuvent être classés selon un certain nombre de caractéristiques similaires. Chacun d'eux ne reflète qu'une seule caractéristique de l'installation, par conséquent, dans la définition d'une installation de pompe à chaleur, il peut y avoir deux ou plusieurs caractéristiques.

La classification des installations de pompes à chaleur doit être effectuée principalement en fonction de leurs cycles de fonctionnement. Il existe plusieurs grands types de pompes à chaleur :

• pompes à chaleur à compresseur d'air;
• pompes à chaleur à compression mécanique de vapeur (cycle à compression de vapeur);
• pompes à chaleur à absorption;
• les pompes à chaleur basées sur l'utilisation de l'effet Rank ;
• pompes à chaleur basées sur l'utilisation d'un double cycle de Rankine ;
• pompes à chaleur fonctionnant selon le cycle de Stirling;
• pompes à chaleur fonctionnant sur le cycle Brayton;
• pompes à chaleur thermoélectriques.
• - pile à combustible inversée ;
• pompes à chaleur utilisant la chaleur de fusion;
• pompes à chaleur à effet mécanochimique;
• pompes à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique.

Toutes les pompes à chaleur, selon le principe d'interaction des corps de travail, peuvent être combinées en deux groupes principaux: 1) cycle ouvert, dans lequel le corps de travail est prélevé et libéré dans l'environnement extérieur; 2) un cycle fermé, dans lequel le fluide de travail se déplace le long d'un circuit fermé, interagissant avec la source et le consommateur de chaleur uniquement par échange de chaleur dans des appareils de type surface.

Il existe des HPI à un et deux étages et en cascade, ainsi que des HPI avec connexion en série de caloporteurs chauffés et refroidis avec leur mouvement à contre-courant.

Sur rendez-vous : stationnaire et mobile, pour l'accumulation d'énergie thermique et son transport et évacuation de la chaleur perdue.

Par performance : grande, moyenne, petite.

Par régime de température : haute température, moyenne température et basse température.

Selon le mode de fonctionnement : stationnaire, non stationnaire, continu ou cyclique, non stationnaire avec accumulateur d'énergie thermique.

Par type de fluide frigorigène : air, ammoniac, fréon, sur mélanges de fluides frigorigènes.

Par type d'énergie consommée : entraînée par un moteur électrique ou une turbine à gaz ou une turbine à gaz, fonctionnant sur des ressources énergétiques secondaires, etc.

Voir d'autres articles section Sources d'énergie alternatives.

Lire et écrire utile commentaires sur cet article.

<< Retour

Dernières nouvelles de la science et de la technologie, nouvelle électronique :

Machine pour éclaircir les fleurs dans les jardins 02.05.2024

Dans l'agriculture moderne, les progrès technologiques se développent visant à accroître l'efficacité des processus d'entretien des plantes. La machine innovante d'éclaircissage des fleurs Florix a été présentée en Italie, conçue pour optimiser la phase de récolte. Cet outil est équipé de bras mobiles, lui permettant de s'adapter facilement aux besoins du jardin. L'opérateur peut régler la vitesse des fils fins en les contrôlant depuis la cabine du tracteur à l'aide d'un joystick. Cette approche augmente considérablement l'efficacité du processus d'éclaircissage des fleurs, offrant la possibilité d'un ajustement individuel aux conditions spécifiques du jardin, ainsi qu'à la variété et au type de fruits qui y sont cultivés. Après avoir testé la machine Florix pendant deux ans sur différents types de fruits, les résultats ont été très encourageants. Des agriculteurs comme Filiberto Montanari, qui utilise une machine Florix depuis plusieurs années, ont signalé une réduction significative du temps et du travail nécessaires pour éclaircir les fleurs. ...>>

Microscope infrarouge avancé 02.05.2024

Les microscopes jouent un rôle important dans la recherche scientifique, car ils permettent aux scientifiques d’explorer des structures et des processus invisibles à l’œil nu. Cependant, diverses méthodes de microscopie ont leurs limites, parmi lesquelles la limitation de la résolution lors de l’utilisation de la gamme infrarouge. Mais les dernières réalisations des chercheurs japonais de l'Université de Tokyo ouvrent de nouvelles perspectives pour l'étude du micromonde. Des scientifiques de l'Université de Tokyo ont dévoilé un nouveau microscope qui va révolutionner les capacités de la microscopie infrarouge. Cet instrument avancé vous permet de voir les structures internes des bactéries vivantes avec une clarté étonnante à l’échelle nanométrique. En général, les microscopes à infrarouge moyen sont limités par leur faible résolution, mais le dernier développement des chercheurs japonais surmonte ces limitations. Selon les scientifiques, le microscope développé permet de créer des images avec une résolution allant jusqu'à 120 nanomètres, soit 30 fois supérieure à la résolution des microscopes traditionnels. ...>>

Piège à air pour insectes 01.05.2024

L'agriculture est l'un des secteurs clés de l'économie et la lutte antiparasitaire fait partie intégrante de ce processus. Une équipe de scientifiques du Conseil indien de recherche agricole et de l'Institut central de recherche sur la pomme de terre (ICAR-CPRI), à Shimla, a mis au point une solution innovante à ce problème : un piège à air pour insectes alimenté par le vent. Cet appareil comble les lacunes des méthodes traditionnelles de lutte antiparasitaire en fournissant des données en temps réel sur la population d'insectes. Le piège est entièrement alimenté par l’énergie éolienne, ce qui en fait une solution respectueuse de l’environnement qui ne nécessite aucune énergie. Sa conception unique permet la surveillance des insectes nuisibles et utiles, fournissant ainsi un aperçu complet de la population dans n'importe quelle zone agricole. "En évaluant les ravageurs cibles au bon moment, nous pouvons prendre les mesures nécessaires pour lutter à la fois contre les ravageurs et les maladies", explique Kapil. ...>>

Nouvelles aléatoires de l'Archive Viagra contre le paludisme 01.06.2015 Une équipe de scientifiques de l'Université de Paris (France) a découvert que le sildénafil, connu dans le monde entier sous le nom de marque "Viagra", a la capacité de prévenir la transmission du paludisme. Aujourd'hui, le paludisme infecte au moins 200 millions de personnes par an dans le monde, et les parasites qui causent la maladie pénètrent dans le sang humain lorsqu'ils sont piqués par un moustique porteur du paludisme femelle. Maintenant, les chercheurs ont découvert que le médicament, qui a un effet prononcé sur le flux sanguin dans les organes pelviens, peut interférer avec l'activité des parasites. Les globules rouges infectés contournent le système immunitaire de l'organisme, en particulier la rate, qui permet à ces cellules de passer en raison de leur plasticité. Le Viagra inhibe également une enzyme, à cause de laquelle les cellules infectées perdent leur flexibilité, après quoi la rate les filtre hors du sang. Cela bloque la propagation du parasite. Une utilisation aussi inhabituelle du Viagra pourrait conduire à la création d'une nouvelle génération de médicaments pour lutter contre le paludisme.

Autres nouvelles intéressantes :

▪ De minuscules satellites pour suivre les tempêtes mondiales

▪ Le noyau du Soleil tourne anormalement vite

▪ Sol martien - radioprotection

▪ Apple MacBook Pro est le meilleur ordinateur portable Windows

▪ Lien entre la pollution de l'air et les orages

Fil d'actualité de la science et de la technologie, nouvelle électronique

Matériaux intéressants de la bibliothèque technique gratuite :

▪ section des amplificateurs de puissance RF du site. Sélection d'articles

▪ article Il y aura un écureuil pour vous, il y aura un sifflet ! Expression populaire

▪ article Quelle est la taille des étoiles ? Réponse détaillée

▪ article Moutarde noire. Légendes, culture, méthodes d'application

▪ article Correcteur d'octane semi-automatique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

▪ article Dispositifs d'adaptation sur circuits magnétiques en ferrite. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Laissez votre commentaire sur cet article :

Toutes les langues de cette page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Page principale | bibliothèque | Articles | Plan du site | Avis sur le site

www.diagramme.com.ua
2000-2024