Энергоактивные здания - Энергия тепловых выбросов

К этой категории относятся непроизводительные затраты теплоты, возникающие в системах отопления и других системах энергоснабжения зданий, а также затраты, сопутствующие различным технологическим процессам. Тепловые выбросы отрицательно сказываются на экономике, увеличивая общие энергозатраты антропогенных систем, а также наносят вред внешней экологической системе в виде тепловых и других сопутствующих загрязнений окружающей среды.
Классификация энергии тепловых выбросов возможна по отраслевой принадлежности, т. е. виду процесса, порождающего тепловые потери, типу теплорассеивающей среды, оптимальным методам повышения экономичности за счет снижения потерь при утилизации энергии и по другим критериям.
По отраслевой принадлежности можно выделить следующие тепловые выбросы:
жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий и сооружений, сопутствующие работе систем отопления, вентиляции, кондиционирования, горячего водоснабжения, биологическим тепловыделениям и различного рода бытовым и технологическим процессам, не связанным с работой промышленных печей и аналогичных тепловых агрегатов;
плавильных печей, химических реакторов, автоклавов и других тепловых агрегатов перерабатывающих и обрабатывающих отраслей промышленности с интенсивными тепловыми процессами;
градирен, брызгальных бассейнов и других укрупненных централизованных теплообменных агрегатов на промышленных предприятиях;
систем водяного охлаждения энергетических централей — ТЭЦ, ГРЭС, АЭС, СЭС или ВЭС;
систем охлаждения ЭВМ и других электронных агрегатов и устройств; систем активной солнцезащиты зданий, сооружений и мобильных установок; остывающей продукции всех отраслей промышленности, связанных с тепловой обработкой материалов или изделий;
от сжигания сопутствующего сырья или отходов производства в добывающих отраслях промышленности (газовой, нефтяной, лесной, торфяной) и отходов сельскохозяйственного производства;
от саморазогрева или самовозгорания отходов горнодобывающей (угольной) и других отраслей промышленности;
технологических жидких и газообразных отходов, удаляемых через системы канализации и вытяжной вентиляции;
остаточного разогрева отработанных нефтяных скважин;
подземных и других видов взрывов, осуществляемых в замкнутом объеме; систем охлаждения генераторов энергии;
систем охлаждения и удаления отработанного вещества из двигателей стационарных установок и транспортных средств;
то же, испытательных стендов авиационных, ракетных и других двигателей, ускорителей и пусковых агрегатов;
теплообменных агрегатов холодильных установок с закрытой циркуляцией теплоносителя;
других систем охлаждения промышленных и иных агрегатов с экзотермическими технологическими процессами.
По виду процесса, порождающего тепловые потери, можно выделить:
высокотемпературные излучения при термоядерных процессах (управляемые реакции синтеза легких элементов и деления тяжелых);
высокотемпературные излучения и инфракрасные излучения факелов, топок, прожекторов, мощных ламп накаливания и аналогичных источников;
испарение и комплекс сопутствующих процессов тепломассопереноса с открытой поверхности кипящих сред, при разливе и открытой транспортировке металлов, неметаллических композиций (в том числе органических), кипящих жидкостей, псевдоожиженных композиций, сыпучих или гранулированных материалов;
удаление в атмосферу газообразных продуктов горения с высокой энтальпией;
удаление нагретых отработанных сточных вод в систему внешней канализации;
остывание нагретой продукции на открытом воздухе;
теплопередачу во внешнее окружающее пространство через ограждающие конструкции;
вынос теплого воздуха помещений в окружающее пространство через каналы вытяжной вентиляции либо в результате эксфильтрации;
фазовые превращения теплоносителя в аккумуляторах тепловой энергии и теплообменных устройствах.
По типу теплорассеивающих сред различаются:
примыкающие к источнику тепловыделений или находящиеся в окрестностях (в зоне прямой видимости) конструктивные элементы тепловыделяющего и других агрегатов, а также конструкции здания или сооружения, в котором расположен источник;
окружающая атмосфера;
примыкающие к источнику тепловыделений бассейны, отстойники, шламо- накопители с водой или другими жидкостями, суспензиями, взвесями, водонасыщенными композициями;
грунтовой или иной литосферный массив основания, обваловки или иного примыкания к источнику тепловыделений или объекту, в котором он расположен;
вакуум;
защитное силовое поле.
По методам повышения экономичности за счет снижения потерь или утилизации энергии тепловых выбросов перечисленные выше источники необходимо подразделить на две группы:
группа А, для которой тепловые потери вредны, снижают эффективность и экономичность технологического процесса (собственно процессы плавки, варки, горения или транспортировки теплоносителя с заданными параметрами). Для этой группы основные конструктивные или технологические мероприятия должны быть направлены в первую очередь на снижение тепловых потерь и лишь частично — на утилизацию их неустранимой составляющей;
группа Б, для которой удаление и отбор теплоты от источника тепловыделений безвредны, полезны или необходимы (процессы остывания готовой продукции, отбора теплоты уходящих газов или отработанных жидкостей, охлаждения радиаторов теплообменников или защиты зданий от перегрева). Для этой группы основные мероприятия должны быть направлены на утилизацию теплоты и возвращение ее в актив теплового баланса основного, смежных или других объектов.
Основу методов снижения энергетических потерь тепловых выбросов составляют следующие мероприятия:
повышение компактности тепловых агрегатов и их блокировка, сокращение протяженности коммуникаций теплоносителя;
концентрация каналов теплоносителя и их объединение в пакеты, однородные по тепловому режиму;
повышение тепловой защиты тепловыделяющего объекта, переходных зон, технологических, смотровых и иных проемов, вводов, иллюминаторов и аналогичных элементов;
изоляция от других объектов с повышенной теплоемкостью, теплопроводностью и низким собственным тепловым потенциалом, находящихся в контакте с неограниченной теплорассеивающей средой (атмо-, гидро- или литосферой).
Возможные методы утилизации энергии тепловых выбросов в системах энергоактивных зданий могут быть систематизированы следующим образом:
размещение на пути уходящей теплоты экранирующего элемента, снабженного теплообменником и наглухо перекрывающего тепловой поток;
размещение теплообменника в виде системы обтекаемых элементов в потоке теплоносителя с повышенным или пониженным содержанием теплоты;
размещение в стенках или в толще ограждений канала, по которому удаляют в окружающую среду теплоноситель (газ, жидкость), в том числе с невысокой энтальпией, элементов теплообменника в виде выступающих в канал и турбулизирующих поток ребер;
использование теплоты, уходящей от ограждений печей или конвейеров термической обработки продукции, для тепловой доводки, например сушки сырья и полуфабрикатов данного или скооперированного производства;
интенсифицированный обдув горячей продукции (слитки металла, прокат, поковки, керамзитовый гравий) воздухом, направляемым затем в систему обогрева наружных ограждений смежного здания либо пропускаемым через теплообменник подогревателя технологической воды (аккумулятор теплоты);
зигзагообразная в плане или по высоте компоновка конвейеров термической обработки дискретной продукции или пакетная блокировка в трех измерениях линейных конвейеров с непрерывной подачей продукции, не допускающей разворотов или изгибов (например, непрерывная прокатка стеклокристаллических материалов);
размещение конвейеров термической обработки или других протяженных тепловыделяющих технических агрегатов тоннельного типа непосредственно под ограждениями смежного производственного или иного обитаемого блока отапливаемого здания или в контакте с ними;
прямое или осуществляемое через контактный разделительный элемент пленочного типа охлаждение горячей продукции или полуфабрикатов потоками жидкости (преимущественно воды), направляемой после нагрева в утилизатор теплоты, либо размещение на необходимый период готовой продукции в жидкой теплоотбирающей среде емкости утилизатора теплоты;
пропуск через дискретную массу полуфабрикатов (например, необожженный керамзитовый гравий) раскаленных газов из дымовой трубы скооперированного производственного предприятия с целью сушки и повышения энтальпии полуфабрикатов перед основной операцией обжига.
Основным принципом утилизации энергии тепловых выбросов следует считать отбор уходящей теплоты и ее кратчайшую передачу смежному потребителю — системам отопления здания и подогрева вентиляционного воздуха и воды — или включение ее в актив теплового баланса скооперированного здания, блока или технологического агрегата, нуждающихся в теплоте, соответствующего потенциала, без коррекции тепловых параметров или с промежуточным повышением энтальпии, осуществляемым через тепловой насос.