УСТРОЙСТВО ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ВЫТЯЖНОГО ВОЗДУХА МЕТРОПОЛИТЕНА И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
DEVICE FOR UTILIZATION OF LOW-GRADE HEAT OF SUBWAY EXHAUST AIR AND METHOD OF USE THEREOF

Изобретение относится к области повышения энергетической эффективности городского хозяйства, а именно к использованию сбросной теплоты городского метрополитена для выработки тепловой энергии с целью теплоснабжения объектов метрополитена или прилегающей застройки.
Известно техническое решение полезной модели РФ №120753 от 27.12.2012 г. «Система использования сбросного тепла метрополитена», согласно которому в вытяжном канале вентиляции метрополитена расположен утилизатор теплоты вытяжного воздуха, а именно теплообменник-испаритель парокомпрессионного контура теплового насоса, вырабатывающего тепловую энергию.
Недостатком такого решения является тот факт, что размещение теплообменника-испарителя в вытяжной шахте увеличивает аэродинамическое сопротивление воздушному потоку и, для сохранения параметров вентиляции, требует увеличения напора основного вентиляционного агрегата с соответствующим увеличением энергетических затрат на вентиляцию.
Предлагается устройство, в котором рядом с вытяжным каналом расположена камера с размещенным в ней воздуховодом, соединенным с упомянутым каналом входом и выходом, и содержащим дополнительный вентилятор и теплообменник-утилизатор, включенный в парокомпрессионный контур теплового насоса, снабженный компрессором, конденсатором и дроссельным устройством.
Устройство для осуществления предлагаемого способа поясняется рисунком на Фиг 1.
Рядом с основным вытяжным каналом 1 с вытяжным вентилятором 2 устраивают камеру 3, в которой установлен воздуховод 4 с размещенными в нем вентилятором 5 и теплообменником-утилизатором 6, включенным в качестве испарителя в парокомпрессионный контур теплового насоса, также содержащий компрессор 7, конденсатор 8 и дроссельный вентиль 9.
Устройство работает следующим образом. При включении вентилятора 5 необходимая для утилизации часть вытяжного воздуха отбирается из основного вытяжного канала 1 и через воздуховод 4 подается к теплообменнику-утилизатору 6, в котором охлаждается за счет испарение фреона парокомпрессионного контура, и возвращается в основной вытяжной канал 1 перед основным вытяжным вентилятором 2. Испарившийся фреон поступает в компрессор 7, затем в конденсатор 8, из которого теплота конденсации фреона передается на теплоснабжение, и через дроссельный вентиль 9 в жидком виде поступает в испаритель 6.
Такое решение позволяет избежать нарушения режима вытяжной вентиляции и дополнительного расхода энергии на привод основного вентиляционного агрегата повышенного напора из-за необходимости преодоления аэродинамического сопротивления теплообменника-утилизатора.
Также, с целью повышения эффективности теплообменника-утилизатора, предлагается охлаждать воздух в теплообменнике-утилизаторе до температуры ниже точки росы, а образовавшийся конденсат впрыскивать в поток воздуха перед теплообменником-утилизатором, повышая его влагосодержание.
Такое решение позволяет повысить тепловую эффективность работы теплообменника-утилизатора за счет использования, наряду с теплоемкостью воздушного потока, теплоты испарения влаги.
Например, при охлаждении тепловым насосом в теплообменнике-утилизаторе 1 кг воздуха без впрыска воды с 31 до 23°С (на 8°С) утилизируется 8 кДж теплоты.
При охлаждении на 5°С (23 до 18°С) 1 кг предварительно влагонасыщенного до относительной влажности ϕ=100% воздуха (и за счет этого предохлажденного с 31 до 23°С), согласно i-d диаграмме конденсируется 5,6 г воды, при этом извлекается 14 кДж тепловой энергии и дополнительно, за счет охлаждения собственно 1 кг воздуха, извлекается 5 кДж, что в сумме составляет 19 кДж, что в 2,4 раза больше по сравнению с исходным вариантом. Такое решение позволяет уменьшить теплообменную поверхность теплообменника-утилизатора и снизить его стоимость.
Кроме того, с целью экономии энергии предлагается в системе управления утилизацией предусмотреть, при отсутствии спроса на утилизируемую тепловую энергию, отключение вентилятора теплообменника-утилизатора и теплового насоса.