|
Тепловые насосы
Использование
тепловых насосов
Г.Я.Волов, к.т.н., ОДО «Энерговент»
К.Л.Кочепасов, инженер, ЗАО «Аэропроф»
По данным Агентства по тепловым
насосам в Берлине, на 1997 год в мире было установлено 90
миллионов тепловых насосов. (АВОК, №5, 2001, с.ЗО)
1. Первичные сведения о тепловом насосе
Тепловые насосы (ТН) позволяют использовать возобновляемую
низкотемпературную энергию окружающей среды на нужды
высокотемпературного объекта (системы теплоснабжения, отопления
и горячего водоснабжения).
Тепловой насос связан с источником низкопотенциальной теплоты
(далее ИНТ) через испаритель и потребителем высокотемпературной
теплоты (далее ПВТ) — через конденсатор. Между испарителем и
конденсатором циркулирует хладагент. При осуществлении обратного
термодинамического цикла хладагент переносит тепло от ИНТ к ПВТ.
При этом необходимо затратить электроэнергию на привод
компрессора. Здесь кроется главное достоинство теплового насоса
— на 1 кВт затраченной электрической энергии можно получить
более 2,5 кВт тепловой энергии (переданной ПВТ).
Тепловой насос с гидравлической обвязкой (насосами,
теплообменниками, запорной арматурой и т.д.) называют
теплонасосной установкой (ТНУ).
Тепловые насосы различаются по принципу действия (например,
компрессионные и абсорбционные) и по типу источника-потребителя
(вода-вода, грунт-вода, вода-воздух и т.д.).
2. Область применения тепловых насосов
Тепловые насосы нашли широкое применение в различных отраслях
промышленности, жилом и общественном секторах:
* в общественных зданиях с кондиционированием воздуха обычно
применяют совмещенные кондиционеры, обеспечивающие охлаждение
воздуха в теплый период и нагревание в режиме теплового насоса в
холодный;
* в жилищно-коммунальном секторе с помощью ТН может
осуществляться автономное теплоснабжение коттеджей и отдельных
зданий;
* на промышленных предприятиях тепловые насосы применяют для
утилизации теплоты низкопотенциальных ВЭР, водооборотных систем,
стоков с целью использования такого тепла для теплоснабжения,
отопления и горячего водоснабжения.
3. Типы и параметры ИНТ и ПВТ
В качестве ИНТ чаще всего выступают водопроводная вода, грунт,
морская и речная вода, канализационные стоки и т.д. Широко
используются низко-потенциальные ВЭР предприятий. Иногда между
ИНТ и тепловым насосом необходимо применять промежуточный
контур.
Сведения о некоторых ИНТ
|
ИНТ |
Среда промежуточного контура |
Температура источника, °С |
| Грунтовые
воды |
вода |
8..15 |
| Грунт |
антифриз |
2..10 |
| Вода с
водозабора |
вода |
6..10 |
| Речная
вода |
антифриз |
1..10 |
|
Канализационные стоки |
вода |
10..17 |
| Окружающий
воздух |
воздух |
-8..15 |
| Вытяжной
воздух |
воздух |
18..25 |
Большинство потребителей теплоты используют так называемую
высокотемпературную теплоту. Температура теплоносителя в
расчетный период составляет обычно не менее 95°С.
Сведения о ПВТ (потребитель высокотемпературной теплоты)
|
Система |
Примечание |
Расчетная температура ПВТ,
°С |
|
Отопление |
Теплые полы |
25..35 |
| Жилой дом |
95-105 |
|
Промышленное здание |
95-150 |
| Горячее
водоснабжение |
— |
50..55 |
|
Теплоснабжение вентиляции |
— |
95..150 |
Существующие тепловые насосы не могут поднять температуру
теплоносителя до таких величин и в большинстве своем
обеспечивают 50—55°С, а в некоторых случаях — до 63°С. Когда
температура теплоносителя в расчетный период превышает 55°С,
требуется специальная подготовка: повышение площади теплообмена
или использование пиковых догревателей при низких наружных
температурах.
4. Показатели эффективности ТН
В качестве основного показателя эффективности теплового насоса
используется коэффициент преобразования (Coefficient of
Performance):
СОР=QT/N,
где QT — тепловая энергия, передаваемая ПВТ, N — затраченная
электроэнергия.
Чем выше СОР, тем эффективнее тепловой насос. Коэффициент
преобразования зависит от:
* разности температур ИНТ и ПВТ (чем она выше, тем ниже СОР),
* термодинамических свойств хладагента,
* особенностей термодинамического цикла,
* технического совершенства конструкции теплового насоса.
В зависимости от этих факторов значения СОР колеблются от 2,5 до
5.
5. Несколько примеров тепловых насосов типа “вода-вода”
Тепловые насосы вышли из недр холодильной техники и, как
правило, создаются и выпускаются заводами холодильного
машиностроения. Это одно из важнейших пересечений техники низких
температур с энергетикой.
В таблице приведены основные данные некоторых тепловых насосов
типа “вода-вода” (производитель Carrier — завод в Монлюэле,
Франция).
Примеры тепловых насосов типа “вода-вода”
|
Наименование |
30SZ |
30RW |
30HXC |
| Тепловая
мощность, кВт |
15..125 |
25..403 |
270..1700 |
| Хладогент |
Озонобезопасный R-407c |
Озонобезопасный R-407c |
Озонобезопасный R-134a |
|
Максимальная ПВТ, °С |
55 |
55 |
63 |
| Тип
испарителя / конденсатора |
Пластинчатые |
Пластинчатые |
Кожухотрубные с оребренными медными трубами |
| Тип
компрессоров |
Спиральные
/ полугерметичные |
Спиральные |
Винтовые |
| Возможное
применение в Республике Беларусь |
Автономное
теплоснабжение частного сектора, КНС, водозаборы и т.д. |
То же и
промпредприятия |
То же и
небольшие источники теплоснабжения |
6. Эффективность применения ТН
При проектировании необходимо принимать такие схемные решения,
чтобы они способствовали технической и экономической
эффективности тепловых насосов. При этом следует учитывать, что:
* Наиболее экономичны комбинированные системы, одновременно
вырабатывающие теплоту и холод (для кондиционирования,
промышленного охлаждения).
* Традиционные системы теплоснабжения проектируются на расчетные
параметры, регламентируемые СНиПами. При проектировании ТНУ надо
учитывать не только расчетные параметры, но и другие факторы,
(например, разбивку нагрузок между тепловым насосом и тепловыми
доводчиками). Это вызывает необходимость моделирования ТНУ в
динамике.
* Расчет экономической эффективности применения тепловых насосов
является неотъемлемой частью проектирования. Для предварительных
расчетов можно оценивать стоимость теплового насоса из расчета
150—300$ за 1 кВт вырабатываемой тепловой мощности. Большая
цифра относится к тепловым насосам малой мощности.
Окупаемость ТНУ наступает с 3-го года эксплуатации. В некоторых
случаях эффективность наступает уже со 2-го года эксплуатации.
Источник информации —
www.aeroprof.by |
