Sadržaj članka
- Povijest proizvođača topline
- Uređaj i princip rada generatora topline
- Vrste generatora topline
- Vortex generator topline – povijest
- Odakle dolazi višak toplinske energije u vrtložnim generatorima topline
- Proizvođači vrtlognih generatora topline i njihovih troškova
U ovom članku: Povijest generatora topline načelo rada i uređaj; vrste generatora topline; proizvođači i prosječni troškovi generatora topline; povijest generatora vrtložne kavitacijske topline; princip vrtlog generatora topline; proizvođači kavitacijskih generatora topline u ZND.
U zimskoj sezoni, prostorije trebaju umjetno grijanje, jer će u protivnom njegovi stanovnici osobno doživjeti sve dobrote ledenog doba. Centralno grijanje u stambenim zgradama, individualno grijanje u privatnim vikendicama … ali što je s velikim prostorijama, na primjer, prodajnim površinama i skladištima? A s gradilištima ili, recimo, auto servisima, gdje hladni zrak stalno struji izvana? Jedini način zagrijavanja velikog područja je grijanje zraka, izgrađeno ili na toplinskim puškama ili na generatorima topline. Ovaj članak obuhvaća generatore topline.
Povijest proizvođača topline
Izum konvekcijskog generatora topline izravno je povezan s izumom Roberta Bunsena, atmosferskog plamenika nazvanog po njemu. Prvi generatori topline, koje je britanska tvrtka “Pettit i Smith” na tržište postavila 1856. godine, opremljeni su atmosferskim plamenikom sličnim Bunsenovim plamenikom, samo veće veličine.
Njemački eksperimentalni kemičar Robert Wilhelm BunsenGodine 1881. Englez Sigismund Leoni dobio je patent za novu vrstu generatora topline – plamen plamenika u njima grijao je azbestnu ploču koja toplinu prenosi u zrak. Nakon toga, azbest je zamijenjen vatrostalnom glinom, danas zamijenjen trajnijim vatrostalnim materijalima.
Atmosferski plamenik i vatrostalna ploča iznad njega glavni su elementi u dizajnu bilo kojeg modernog generatora topline..
Uređaj i princip rada generatora topline
Generator topline u smislu svojih zadataka sličan je toplinskim puškama – razlika je u tome što ti uređaji mogu biti samo stacionarni. Tipični dizajn generatora topline: ventilator (aksijalni ili centrifugalni), iznad njega se nalazi komora za izgaranje, gorionik se uvodi u njegov donji dio, zračni izmjenjivač topline nalazi se iznad plamenika. Vrući plinovi formirani u komori za izgaranje dovode se do izmjenjivača topline, a zatim vode u dimnjak. Protok zraka koji ventilator zagrijava u izmjenjivaču topline do 20-70 ° C, a zatim ulazi u grijanu prostoriju ili sustav ventilacije kanala.
Ovisno o snazi ventilatora ugrađenih u njihov dizajn, generatori topline mogu razviti izlazni statički tlak od 100-2000 Pa.
U pogledu toplinske snage, generator grijanja razlikuje se u dvije vrste – do 350-400 kW (u jednom kućištu) i do 1000 kW (sastoje se od dijelova za izmjenu topline i ventilacije).
U generatorima topline namijenjenim sustavima grijanja zraka, izmjenjivač topline i komora za izgaranje izrađeni su od nehrđajućeg čelika, a sustav za odvod kondenzata dodatno se uvodi u njihov dizajn.
Vrste generatora topline
Glavna razlika između postojećih modela generatora topline je u kojoj vrsti goriva se koristi i kakvu rashladnu tekućinu treba grijati. Generatori topline mogu raditi na krutom gorivu, plinu, dizelskom gorivu i biti opremljeni univerzalnim plamenikom. Nosač topline u sustavima grijanja, koji se zagrijava pomoću generatora topline, može biti i voda i zrak..
Generatori plinske toplinedizajnirani za kontinuirano opskrbu toplim zrakom u prostore, ugrađuju se u okomiti položaj. Izmjenjivač topline instaliran u njima izvlači značajan dio topline iz proizvoda izgaranja, smanjujući hlapljivost dimnih plinova – ispušna cijev za plinske generatore topline mora biti opremljena ventilatorom. Ako dizajn generatora topline sadrži zatvorenu komoru za sagorijevanje, ispod koje se nalazi puhalica, tada je vjerojatnost obrnutog potiska minimalna – svi proizvodi izgaranja uklanjaju se kroz dimnjak, stoga se takvi plinski generatori topline smatraju najsigurnijim. U većini slučajeva, učinkovitost plinskih generatora topline iznosi 85-90%.
Prilikom odabira modela plinskog generatora topline potrebno je obratiti posebnu pozornost na njegovu sposobnost rada pri smanjenom tlaku plina. Prilikom gradnje grijanja na plinski generator topline u nedostatku centralnog opskrbe plinom, posebno će biti prikladno ugraditi spremnik za plin s volumenom od 2500 litara ili više (potreban volumen ovisi o grijanoj površini zgrade).
Dizelski generatori topline, goriva za koja se koriste kerozin ili dizelsko gorivo dobro su prikladna za grijanje industrijskih prostorija sa značajnom površinom. Opremljeni su ili mlaznicom koja raspršuje gorivo kroz komoru za izgaranje ili se gorivo dovodi kapanjem. Pod stalnim radom, dopunjuju se dva puta dnevno..
Za izgaranje u generatorima topline s univerzalnim plamenikom koriste se dizelsko gorivo i otpadno ulje, masti biljnog i životinjskog podrijetla. Posebno su pogodni u tvornicama u kojima postoji problem s odlaganjem masti i otpadnog ulja. Međutim, toplinska snaga generatora topline, koja sagorijeva otpadno ulje i masti, neće prelaziti 200 kW, pri izgaranju dizel goriva postiže se veći toplinski učinak. Bez obzira na uporabljenu vrstu goriva, ovoj vrsti generatora topline, kao i bilo kojem drugom, treba dimnjak. Pri spaljivanju otpadnog ulja neizbježno je stvaranje šljake koje se moraju svakodnevno uklanjati – za veću udobnost bit će potrebne dvije posude za izgaranje, od kojih će jedna zamijeniti drugu tijekom čišćenja i smanjiti vrijeme zastoja generatora topline.
Generatori topline na kruto gorivoimaju drugačiji dizajn od gore opisanog – oni koji se sastoje između generatora topline na plin / dizel i između konvencionalne peći. Opremljeni su ventilatorom koji puše zrak kroz izmjenjivač topline i opskrbljuje ga grijanim prostorijama, imaju rešetke i vrata za punjenje goriva. Generatori topline na kruto gorivo sagorijevaju suho drvo, tresetne brikete, ugljen i razni poljoprivredni otpad. Takvi generatori topline imaju učinkovitost od 80-85%, što je nešto manje od onih koje rade na plinovitim i tekućim gorivima – 85-90%. Također treba napomenuti veliku veličinu generatora topline na kruto gorivo i značajan otpad u obliku nezapaljivog dijela goriva..
Izmjenjivači topline u generatorima topline mogu biti od lijevanog željeza ili čelika: njihova je prva vrsta otpornija na koroziju, ali prilično masivna, izmjenjivači topline drugog tipa, naprotiv, imaju manju težinu, ali podliježu koroziji. Obje vrste izmjenjivača topline ne podnose dobro utjecaje, stoga se prijevoz i postavljanje generatora topline moraju obavljati s najvećom pažnjom..
Prednosti generatora topline zraka su veće u usporedbi s grijanjem vode, učinkovitošću i brzinom grijanja prostorija, a pri radu na otpadnom ulju štedite novac na gorivu, a da ne spominjemo rješavanje problema odvoza otpada.
Prosječna cijena generatora topline snage 400 kW iznosit će 90 000 RUB. Na ruskom tržištu postoje generatori topline iz Master (SAD), Kroll (Njemačka), Sial i ITM (Italija), Benson Heating (Engleska), FEG Konvektor GF (Mađarska).
Prilikom odabira generatora topline zraka treba uzeti u obzir one modele u kojima se zrak neizravno zagrijava, tj. komora za izgaranje potpuno je izolirana od rashladne tekućine. U ovom slučaju, proizvodi za izgaranje zagarantirani su da neće prodrijeti u kanale za grijanje zraka, neće biti potrebno miješati zrak izvana s zrakom unutar prostora. Međutim, takvi generatori topline imaju veću cijenu, težinu i dimenzije..
Generatori topline s funkcijama opskrbe toplom vodom i grijanjem mogu u potpunosti riješiti probleme opskrbe toplinom, većim dijelom rade na krutim gorivima.
Vortex generator topline – povijest
Ova vrsta generatora topline zaslužuje posebnu pozornost, velikim dijelom zahvaljujući protivljenju svojih pristaša i protivnika..
U 20-ima prošlog stoljeća, Francuz Joseph Rank, provodeći istraživanja u zračnoj komori ciklonske instalacije, ustanovio je da se, vrtložni, plinovi u cilindričnoj ili stožasti komori odvajaju na dvije frakcije – s višom temperaturom na rubovima i nižom temperaturom u središtu. štoviše, frakcija u sredini, za razliku od marginalne, rotira se u suprotnom smjeru. Rank je 1934. godine u SAD-u dobio patent za svoju “vrtložnu cijev”.
Nijemac Robert Hilsch u 40-ima nastavio je istraživanje svog francuskog kolege postižući veću razliku između temperatura dvaju struja zraka koje napuštaju Rank vortex cijev zbog poboljšanog dizajna.
U 50-ima, sovjetski znanstvenik A. Merkulov pokrenuo je niz eksperimenata s Rank vortex cijevi, odlučivši pumpati vodu u nju umjesto plina – teoretski, ne bi trebala postojati temperaturna razlika u vodi koja se provlačila kroz Rank cijev, jer se, za razliku od plinova, voda ne može komprimirati … Suprotno očekivanjima, bifurkirani vrtlogni protok vode zagrijavao se i hladio slično plinovima, što je zbunjivalo profesora Merkulova – nije mogao objasniti razloge ove pojave.
Usput, tvorcem prvog vrtložnog generatora topline često se naziva austrijski izumitelj samouka Viktor Schauberger, poznat po usisnoj turbini koju je izgradio 1921. godine, a koja radi samo na vodi …
Prije dvadeset godina, Amerikanac James Griggs, čije je područje interesa bilo u području grijanja, prvi je izgradio generator topline vode po principu Rank cijevi. James je bio razočaran grijačima vode s grijaćim elementima – soli u vodi formirale su skali na grijaćim elementima, uzrokujući pregrijavanje zavojnice i grejanje elemenata za grijanje. Na temelju činjenice da grijači elementi imaju učinkovitost blizu 100%, a elektromotor koji rotira generator topline je oko 90-95%, James Griggs je odlučio nadoknaditi veću potrošnju energije tako što ne mora zamijeniti grijaće elemente koji su izgorjeli od stvaranja skale. Griggsov je proračun bio da trenje uzrokuje zagrijavanje vode. Američki se inženjer pokazao u pravu – generator topline koji je stvorio stvarno je zagrijavao vodu, a njezina unutarnja struktura nije podvrgnuta habanju raznih nečistoća i soli prisutnih u vodi. No, na iznimno iznenađenje Jamesa, proračun troškova energije nije otkrio planirani gubitak energije od 10%, već, u usporedbi s sustavima grijanja s grijaćim elementima, 14% uštede! Provodeći eksperimentalna ispitivanja 1992. godine, Griggs je ustanovio da za svaki joule električne energije potrošene na rad generatora topline, grijač stvara 1,5 džoula topline. Nakon što je proveo još dvije godine pokušavajući otkriti razloge pojave viška energije i ne saznavši ih, James Griggs 1994. dobio je patent u SAD-u za rotacijski kavitacijski generator topline koji je stvorio.
Odakle dolazi višak toplinske energije u vrtložnim generatorima topline
Griggsov generator topline oblikovan je na sljedeći način: aluminijski rotor postavljen je u cilindrično čelično kućište, rupe su izbušene duž površine ruba; kućište je zatvoreno ravnim čeličnim poklopcem pričvršćenim vijcima. U ravnim poklopcima na svakom od njih nalazi se otvor za usisavanje vode, u odnosu na svaki drugi, otvori na oba poklopca, postavljeni na suprotnim stranama tijela, nalaze se na istoj liniji. Voda, koja dolazi s jedne strane na rotor, zaobilazi ga uz rub i istječe sa suprotne strane s višom temperaturom nego što je bila izvorno.
Razlog zbog kojeg se voda zagrijava najvjerojatnije je zbog kavitacije. Ulazeći u rotor i popunjavajući rupe duž njegovog ruba, voda se zalijepi za njih, ali centrifugalna sila uzrokuje istezanje vode koja se prilijepi za rupe – kapljice joj iskaču iz njih, uskaču u zidove kućišta i upadaju u njih. Rezultirajući udarni val i sve veći pritisak “urušavaju” veliki broj mjehurića plina i pare, uzrokujući u svakom od njih pritisak stotina tisuća atmosfera i temperaturu veću od 106 ° C – nastaje akustička kavitacija.
Gore opisana teorija temelji se na fenomenu sonoluminescencije koji su otkrili njemački znanstvenici N. Frenzel i H. Schultes 1934. radeći na sonaru za podmornice. Otkrili su da zvučni valovi uzrokuju širenje i kontrakciju mjehurića plina u vodi – pod utjecajem vibracija i vremenom s njima, veličina mjehurića se mijenja od nekoliko desetaka do nekoliko mikrona, a njihov volumen se mijenja nekoliko puta. Kao rezultat toga, plin sadržan u mjehurićima postaje dovoljno vruć da može rastopiti čelik i čak emitira svjetlost..
Proizvođači vrtlognih generatora topline i njihovih troškova
Proizvodnju vrtložnih generatora topline za tržište ZND obavlja više proizvođača, a svaki od njih ima patent za model koji proizvodi na temelju modela razvijenog u tehničkim specifikacijama – ne postoje državni standardi za vrtložne generatore topline. Njihovu proizvodnju obavljaju tvrtke “YUSMAR” LLC (Moldavija), ruska NEK “Alternativne energetske tehnologije i komunikacije”, “Noteka-S” LLC, “Angstrem”, “ORBI” LLC, “Kommash Plant” OJSC i drugi. Tijekom proteklih 20 godina, izumitelji vrtlognih generatora topline dobili su oko 50 patenata.
Trošak vrtlog generatora topline s električnim motorom snage 55 kW / h prosječno će iznositi 290 000 rubalja.
Koja je vrsta generatora topline najučinkovitija i najekonomičnija za korištenje u kućanstvu?
Koji od ovih generatora topline je najučinkovitiji u termalnom grijanju i hlađenju prostora?
Najučinkovitiji generator topline u termalnom grijanju i hlađenju prostora je geotermalna toplinska pumpa. Geotermalna toplinska pumpa koristi energiju koja dolazi iz zemlje kako bi grijala ili hladila prostor, što je vrlo učinkovit način korištenja energije. Osim što je ekološki prihvatljiva, geotermalna toplinska pumpa može pružiti značajne uštede na računima za energiju i dugoročno se isplati kao investicija za grijanje i hlađenje prostora.