Отопительное устаткування напередодні революції

Отопительное устаткування напередодні революции

Сергей Золотов Сегодня вся діяльність инженеров-разработчиков компаній, постачальних опалювальне устаткування, розглядається з погляду ймовірного швидкого появи технології, яка змінить сьогоднішню модну газоконденсатную.

Эти питання на порядку денному пленарних заходів, які входили на програму франкфуртським виставки ISH-2001. І, крім газових теплонасосов, мова неодмінно про пристроях, діючих з урахуванням паливних елементів. До того ж про микротеплоэнергетических муфтах. У межах виконання завдання енергоі теплозабезпечення односемейного котеджу такий устрій об'єднує у собі газоконденсатный бойлер і двигун Стирлинга.

Сегодня розвиток виробництва опалювального устаткування підтримується цілу низку чинників, що з нові технології. І можна казати про нерівному розвитку європейського ринку. Послаблення попиту опалювальне устаткування у Німеччині супроводжується відповідним зростанням, який спостерігається під Німеччині й Польше.

В світлі змальованій ситуації зрозуміло прагнення безлічі виробників до технологічного відповіді на існуючий технічний запрос.

Что саме стосується вищезгаданих паливних елементів, то даний технічний аспект був предметом активного обговорення у середовищі професіоналів протягом усього 2002 р. Потому, як під час виставки ISH-1999 компанія Vaillant заявила себе як першого пілотного випробувача технології паливних елементів і конструируемого з урахуванням даної технології устаткування, Viessmann, Buderus і Bosch також звернули саме пильна увага цього решение.

В протягом наступних трьох років компанією Vaillant було здійснено поставки 400 пристроїв замовникам низки держав Європи. Зокрема, в 2002 р. польовим випробувань понесли 50 децентралізованих систем опалення, управління якими чинився як малої єдиної енергосистемою (так званої віртуальної электростанцией).

Участие в випробуваннях прийняли Plug Power Holland, Gasunie (NL, Ruhrgas, RWE Power), університети Лісабона і Ессена, Німецький аерокосмічний центр, Європейська теплоенергетична асоціація, і навіть іспанська компанія Sistemas de Calor.

А вже початку 2004 р. здійснюватимуться серійне виробництво й регулярні поставки. Що й казати стосується Vaillant, то дана компанія до 2010 г. має намір здійснити до 100тыс. європейських поставок, у своїй лише у Німеччини — до 40тыс. Перші з запропонованих сьогодні над ринком пристроїв, діючих з урахуванням паливних елементів, забезпечують 4,6-киловаттное енергопостачання чи 35-киловаттное теплопостачання, тобто типові характеристики, відповідальні вимогам житла, розрахованого проживання 6 сімейств (чи аналогічного за параметрами приміщення, покликаного забезпечити здійснення малого бизнеса).

Интерес постачальників електроенергії та газу до пристроям, чинним з урахуванням паливних елементів, говорить про існуванні процесу розвитку революційної технології, котрі можуть протікати у межах класичної промисловості опалювального устаткування й за її межами. Тоді як постачальники газу розглядають використання паливних елементів як окрему технологію, сприяє збереженню привабливості такого палива, як газ, сьогодні, коли всі популярнішими стають будинку низькою енергоємності, постачальники електроенергії виявилися перед нового виклику як, можливо, багатьох тисяч BZH (такий абревіатурою позначаються влаштування у Німеччини, про які йде речь).

Нужно сказати, що з поширенням у Німеччині ідеї паливних елементів Нідерланди було розроблено таке нове пристрій, як микротеплоэнергетическая муфта (microthermal power coupling, чи MTPC). Як це і BZH, MTPC дає змогу отримувати одночасно електричну і теплову енергію при використанні природного газа.

Данное пристрій було розроблено силами об'єднання EnAtEc, заснованого 1997 р. двома компаніями — постачальником електроенергії EneCo і виробником опалювального устаткування ATAG Verwarming, і навіть центром досліджень, у галузі енергетики ECN. Керівники ATAG переконані, що устрою MTPC є гідним відповіддю питанням у тому, все, можуть сприяти успіху газоконденсатной технологии.

Решение Стирлинга викликає в них хвилю ентузіазму: ще, адже крім компактності і енергоефективності впровадження даної технології означає перехід до використанню устаткування, що вимагає мінімального присмотра.

После того, як експерти EnAtEc переконаються в надійності роботи пристроїв MTPC, об'єднанням планується початок випуску широкої гами продукції такого типу в 2003…2004гг. А до 2010 г. пристрій має міцно утвердитися на рынке.

Поэтому після виставки ISH-2003 заплановано ряд зустрічей представників EnAtEc з постачальниками газу й електроенергії різних країн Європи. Темою дискусій ще й буде вироблення відповідної ринкової політики на найближчі годы.

Не менш обіцятиме інвестору, ніж паливні елементи і двигун Стирлинга, продовжує вважатися теплонасос. Уже не один рік зажив зростаючим попитом. Stiebel Eltron констатує, що протягом 2002 р. було встановлено приблизно 5,5тыс. теплонасосов. 90% від загальної кількості встановлених у Німеччині теплонасосов (50 тис.) служить опалювання жител, 10% використовують у комерційної, промислової та сільськогосподарської сферах. Сьогодні теплонасосы пропонуються багатьма компаніями. І спостерігається цікаве поєднання зниження (тлі зростання нафтових цін та газу) ціни електроенергію, і збільшення привабливості електронних теплонасосов над ринком опалювального устаткування. До того ж, багато постачальники електроенергії активно просувають теплонасосы, всіляко заохочуючи потенційних споживачів. Хто намагається залучити інвестора субсидією, хто скидками.

Нужно сказати, що на даний час ведеться дуже велике робота, спрямовану забезпечення можливості використання разом із теплонасосом. Згадки у цій зв’язку заслуговують і теплонасос Vuilleumier, оснащений газової горілкою Viessmann, і теплонасос Vaillant, експлуатація котрого також передбачає спалювання газу, і навіть цеолитовую систему водопідготовки. Серію польових випробувань останньої версії газового теплонасоса диффузионного поглинання успішно завершила компанія Buderus.

Сегодня вона готова запропонувати нову модель, що отримала назву Loganova GWP, над ринком. До переваг моделі ставляться відсутність рухливих частин, безшумність роботи, відсутність вібрацій і мінімальний контроль і уход.

Будущее покаже, які з що з’явилися недавно нових технологій домінуватимуть на ринку, чи є в теплонасосов на газової тязі шанс змагатися з такими на електричної, стануть офіційними технологічними лідерами паливна осередок чи двигун Стирлинга, або ж всі відомі сьогодні системи просто поділять ринок між собою. Марно забувати, що в місцевостях, що й по сьогодні не прокладено газові магістралі, ще що час неминуче будуть використовуватися традиційні опалювальні установки.

Полимерэлектролитная мембрана в якості основи дії паливного элемента

Действие паливного елемента нагадує електроліз, лише поновлюваний. Водень «згоряє», з'єднуючись з киснем повітря. Реагенти обмінюються електронами. Що Виробляється тепло використовується для обігріву і нагріву води. Кожна паливна осередок є анод і катод, розділені електролітом. Роль останнього є вирішальної, оскільки він, з одного боку, проводить іони, з інший — є ізолятором. Дослідження, проведені в усьому світі, здійснювались із використанням різних електролітів. Сукупність характеристик цих речовин передбачає низку температур застосування і цілий ряд паливних якостей. Наприклад, низькотемпературний паливний елемент, використовуючи чистий водень, зумовлює температуру реагування у сфері 90 °C. Використовуваний електроліт є тонку пластикову мембрану. Ця мембрана, якою можуть проникати протони, і каже незвичному виду палива за його назву: паливна осередок, діюча з урахуванням використання полимерэлектролитной мембрани (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, чи PEM).

В числі активних інвесторів у розвиток даної технології, в потрібні дослідження — і компанія Vaillant. У 1999 р. побудоване спільне підприємство і, у якому ввійшли компанії Plug Power і GE Fuel Cell Systems (США). У цьому співтоваристві Vaillant належить роль інтегратора системи, отримує PEM-ячейки і елементи газової апаратури від Plug Power і випускаючого з допомогою своїх контролерів і інверторів опалювальне устаткування, що пропонується як власне партнерам і клієнтам Vaillant, і європейських партнерів General Electric. Виробник оцінює європейський ринок 2010 року в рівні приблизно 250тыс. щорічно запропонованих пристроїв. У цьому левова частка цього кількості (приблизно 100тыс. одиниць), як очікується, буде реалізовано в Германии.

Микротеплоэнергетическая муфта

В протягом останніх кілька років були спроби втілити концепцію двигуна Стирлинга в прибутковими технічно заможних продуктах.

В 1816 г. Роберт Стірлінг, міністр у справі церкви Шотландії, звернувся за патентом на пристрій підігріву повітря. Двигун Стирлинга працює із постійним обсягом повітря, або газу. Стєнка циліндра одного з його кінців підігрівається (наприклад, з допомогою газової пальники), унаслідок чого газ, що у циліндрі, також нагрівається, і розширюється. З протилежного боку циліндра газ віддає свою енергію теплообменнику (наприклад, циркуляционной водної системі). У вихідному варіанті теплової машини повітря переміщається одним ходом поршня з гарячої області у холодну й тому. У 1818 г. машина подібного типу була використана на одній із каменоломень як привід насоса, откачивающего воду. Концепція EnAtEc полягає в використанні двигуна Стирлинга, побудованого STC (Університет штату Вашингтон, США). Це FPSE (free piston Stirling engine) — двигун Стирлинга з вільним поршнем з киловаттным лінійним электрогенератором. Це рішення коштів перетворення руху поршня у вращательное.

Вытеснитель і робочий поршень здійснюють возвратно-поступательное рух вздовж загальної осі, будучи з'єднаними інерційної пружинної системою. Завдяки конструкції, що включає дискові пружини, постійні й котушкові магніти, бажана енергія то, можливо получаема робочому кінці циліндра внаслідок малого коливання. Перевага: немає тертя, отже, немає износа.

Микротеплоэнергетическая муфта від EnAtEc є комбінацію двигуна Стирлинга (электроэффективность близько 20%) і теплообмінника із нержавіючої сталі, який складається з газоконденсаторов виробництва ATAG (теплоэффективность 109%). Машина Стирлинга наводиться на дію з допомогою газового полум’я, виробляючи тепла і електрострум. Після цього тепло гарячого вихлопу повністю перетворюється на теплообмінник, теплової потенціал якої перебуває не більше від 6 до 10кВт. Конструкція передбачає пряме підбиття до теплообменнику додаткового газу у періоди пікових навантажень з використання спеціальної пальники. Тепловий потенціал всієї муфти у межах від 6 до 24кВт. Вона з усіма видами газового палива. Цей двигун Стирлинга вміщує роботу у протягом 60тыс. годин, чи 15 років. Якщо EnAtEc, муфта дозволяє зберегти до 15% енергії (враховуючи як електричну, так і газову складові) тоді як окремим виробництвом тепла традиційними ТЕЦ включаючи трансмісійні потери.

Исследовательский проект «Цеолітовий теплонасос»

Vaillant розробляє газовий теплонасос з урахуванням цеолитово-водной системи. Дане пропозицію сприймається як альтернатива електронному теплонасосу і газовому бойлеру. Відповідний бізнес-план представлять над ринком в 2004 г.

Цеолит, керамикообразный матеріал, отримуваний з окислів алюмінію і кремнію, нетоксичен і негорюч. Робота теплонасоса полягає в здібності ніздрюватого цеоліту утримувати дуже багато вологи, яка випускається масивом цеоліту при його нагріванні. Для більшої ефективності процесу його перебіг організовано в вакуум-контейнере, що є однією з модулів теплонасоса.

Непрямой нагрівання вологого цеоліту здійснюється за посередництві провідника, отримує теплову енергію від газової пальники. Испаряющаяся вода вони вбирають в теплообменнике, одержуване у своїй тепло йде потреби опалення. Потому, як температура цеоліту сягає максимуму, матеріал знову охлаждается.

Удаляемая з цеоліту вода випаровується при низької температури з допомогою тепла довкілля, після чого знову поглинається охолодженим цеолитом. Процес відновлюється, коли цеоліт знову наповнюється водой.

Концепция вайллантовского нагрівача потребує двох однакових теплонасосов, у яких синхронизируются різні фази процесса.

Среднегодовой показник утилізації тепла оцінюється лише на рівні 135%. Це означає економію енергії і зменшення обсягів викидів CO2 приблизно 20% по порівнянню з газоконденсатной технологією та на 30% - з низькотемпературними бойлерами.

Диффузионные поглотительные теплонасосы (DAWP)

С 1996 Buderus активно розробляє дифузний насичення теплонасос (diffusion absorbtion heat pump, чи DAWP).

Исследовательский проект, вперше представлений на ISH-99, благополучно минув етап польових випробувань. Компанія відзначено спеціальної премією газової промисловості Німеччини за роботи, пов’язані з допомогою газу і поновлюваними джерелами енергії. Газовий теплонасос Loganova GWP з’явився однією з головних експонатів стенда Buderus на ISH-2001.

DAWP включає газовий теплонасос, працюючий з урахуванням використання водного розчину аміаку як робочого тіла, і навіть гелия.

В ході циклічного процесу робоче тіло (NH 3) дифундує в гелиевую атмосферу. Гелій виступає як єдино допоміжного газу, компенсуючого тиск, і бере участі у обмінних процессах.

Благодаря низькому парциальному тиску гелиевой атмосфери аміак випаровується, поглинаючи енергію довкілля. Суміш парів аміаку з гелієм протікає через теплообмінник в поглинач. Тут водний розчин аміаку із невисоким змістом NH 3 поглинає аміак, збагачуючись їм. (Гелій ж варто тому через теплообмінник.) У процесі поглинання виробляється корисне тепло. Після поглинача водний розчин, збагачений аміаком, потрапляє у сепаратор влаги.

Здесь у процес включається газова горілка, повідомляючи йому тепло. Завдяки низької температури кипіння аміак випаровується і під час ректифікації відокремлюється від води, потреба у якої вичерпана. Вода тече у поглинач. Пари аміаку, згущаючи, виділяють додаткове тепло, після чого цикл возобновляется.

Конструкция DAWP потребує дії устрою з урахуванням лише гравітаційної циркуляції. Тому вагу його значний, констатують фахівці Buderus. Зате воно обходиться без рухливих частин — насосів, клапанів. Перевага технології полягає у безшумної і безвибрационной роботі устаткування, який практично не вимагає обслуживания.

КПД устрою становить приблизно 1,5.

Для практичного застосування передбачається комбінація DAWP і газоконденсатного бойлера, який підключається під час пікових нагрузок.

Если вірити Buderus, таку систему може забезпечити на 20 і навіть на 30% велику утилізацію тепла, аніж сьогоднішні газоконденсатные бойлеры.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.