Решение задач «Задачи»,
Источники и системы теплоснабжения в Екатеринбурге

042 ДИСЦИПЛИНА: ИСТОЧНИКИ И СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЗАДАЧА № 1 Задача посвящена рассмотрению в качестве источника тепловой энергии солнечного излучения. На солнечной тепловой электростанции башенного типа установлено п гелиостатов, каждый из которых имеет поверхность Fг м2. Гелиостаты отражают солнечные лучи на приемник в виде вакуумированного гелиоколлектора, на поверхности которого зарегистрирована максимальная энергетическая освещенность Нпр = 2,5 МВт/м2. Коэффициент отражения гелиостата Rг = 0,8; коэффициент поглощения приемника Апр = 0,95. Максимальная облученность зеркала гелиостата Hг = 600 Вт/м2 . Определить количество тепловой энергии, передаваемой теплоносителю в гелиоколлекторе, предварительно рассчитав площадь поверхности приемника Fпр и тепловые потери в нем, вызванные излучением и конвекцией, если рабочая температура теплоносителя составляет t °С. Степень черноты приемника пр = 0,95. Конвективные потери вдвое меньше потерь от излучения. n Fг, м2 t, oC 273 55 680 Ответить на вопросы: 1) На основе какого термодинамического цикла происходит преобразование тепловой энергии в электроэнергию в солнечной башенной тепловой электростанции; как изображается этот термодинамический цикл в p,v и T,s – диаграммах? 2) Какой физический эффект используется для преобразования солнечного излучения в тепловую энергию в гелиоколлекторе? Кратко опишите суть этого физического эффекта.   ЗАДАЧА № 2 Задача посвящена определению емкости аккумулятора тепловой энергии, предназначенного для отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха в помещении. Источником тепловой энергии могут быть традиционные углеводородные виды топлива или же в целях энергосбережения используются альтернативные источники энергии, например, солнечная энергия, улавливаемая солнечными панелями па крыше дома. Для отопления помещения в течение суток потребуется Q ГДж тепловой энергии. При использовании для этой цели солнечной энергии тепловая энергия может быть запасена в водяном баке-аккумуляторе. Циркулирующая в панелях вода после нагрева направляется в бак – аккумулятор, а оттуда насосом в отопительные батареи и к водоразборным кранам горячего водоснабжения. Допустим, что температура горячей воды t1 °С. Какова должна быть емкость бака аккумулятора (Vат, м3), если тепловая энергия может использоваться в отопительных целях до тех пор, пока температура воды не понизится до t2 °C? Величины теплоемкости и плотности воды взять из справочной литературы. Определить также продолжительность зарядки аккумулятора из предположения, что используется тепловой аккумулятор с внутренним рекуперативным теплообменником. Площадь поверхности теплообменника F = 12 м3, коэффициент теплопередачи 30 Вт/(м2∙К) процесс разогрева проходит в регулярном режиме нестационарной теплопроводности и температура в баке изменяется по закону экспоненты. Q, ГДж t1, oC t2, °C 0,62 50 30 Ответить на вопросы: 1)Что такое аккумулятор тепловой энергии, какие типы тепловых аккумуляторов бывают и как они устроены? 2) В чем заключаются отличия «пассивной» и «активной» схем циркуляции теплоносителя в системе горячего водоснабжения? ЗАДАЧА № 3 Задача посвящена рассмотрению в качестве источника тепловой энергии геотермальной энергии, сосредоточенной в естественных водоносных горизонтах на определенной глубине (z, км) от земной поверхности. Определить начальную температуру t2 и количество тепловой энергии в виде геотермальной энергии (Еo, Дж) водоносного пласта толщиной h км при глубине залегания z км, если заданы характеристики породы теплоносного пласта: плотность ρгр = 2700 кг/м3; пористость а = 5%; удельная теплоемкость сгр = 840 Дж/(кг·К). Температурный градиент (dT/dz) в °С/км выбрать по таблице вариантов задания. Среднюю температуру поверхности t0 принять равной 10°С. Удельная теплоемкость воды св = 4200 Дж/(кг·К); плотность воды ρ = 1·103 кг/м3. Расчет произвести по отношению к площади поверхности F = 1 км2. Минимально допустимую температуру пласта принять равной t1 = т40°С. Определить также постоянную времени извлечения тепловой энергии (возможное время использования источника тепловой энергии τo, лет) при закачивании воды в пласт и расходе ее V = 0,1 м3/(с·км2). Какова будет величина тепловой мощности, извлекаемой первоначально (dE/dz)τ=0 и через 10 лет (dE/dz)τ=10? h, км z, км (dT/dz),°C/км 0,9 4,0 70 Ответить на вопросы: 1) Какой термодинамический цикл используется в геотермальной тепловой электростанции (ГеоТЭС)? Изобразите принципиальную схему ГеоТЭС. 2) Какие Вы знаете, крупные ГеоТЭС, построенные на территории Российской Федерации?   ЗАДАЧА № 4 Задача посвящена перспективам использования в качестве источника тепловой энергии перепада температур поверхностных и глубинных вод океана. Эта тепловая энергия может быть преобразована в электроэнергию на тепловой электростанции (ТЭС), работающей по известному циклу Ренкина. В качестве рабочего тела предполагается использование легкокипящих веществ (аммиак, фреон). Считается, что действительный КПД η океанической тепловой электростанции (ОТЭС), использ