Юрий Почанин - Монтаж и сервис оборудования по использованию возобновляемых источников энергии. Том 4. Монтаж и сервис тепловых насосов

Опыт стран, занимающих лидирующее положение в применении тепловых установок показал, что их целесообразно использовать при переходе к децентрализованным системам теплоснабжения (без протяженных дорогостоящих тепловых сетей), когда тепловая энергия генерируется вблизи ее потребителя. Внедрение таких экономичных и экологически чистых технологий теплоснабжения необходимо в первую очередь во вновь строящихся районах городов и в населенных пунктах при полном исключении применения электрокотельных, потребление энергии которыми в 3-4 раза превышает потребление ее теплонасосными установками. Использование теплонасосных установок перспективно в комбинированных схемах в сочетании с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, биоэнергии), так как позволяет оптимизировать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких экономических показателей. Применение теплонасосных установок вносит наибольший вклад в экономию невозобновляемых энергоресурсов с помощью технологий нетрадиционной энергетики. Использование низкопотенциального тепла Земли посредством тепловых насосов возможно практически повсеместно и в настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Анализ возможных областей применения технологий, использующих нетрадиционные источники энергии, показывает, что одной из перспективной областью их внедрения являются тепло насосные системы теплоснабжения, использующие низкопотенциальное тепло, накапливаемое в водоемах, грунте, геотермальных источниках, технологических выбросах (воздух, вода, стоки и др.– источники низкопотенциального тепла (ИТН). Однако, температура этих источников довольно низкая (1–25°С), таблица 1, и для эффективного их использования необходимо осуществить перенос этой энергии на более высокий температурный уровень (50–100°С). Это возможно осуществить с помощью тепловых насосов.

Таблица 1. Сведения о некоторых источниках низкопотенциального тепла

Основные достоинства тепловых насосов:

1) Экономичность . На данный момент тепловые насосы являются более экономичными чем котлы на дизельном топливе или электрокотлы, а в ближайшем будущем, когда цены на энергоносители сравняются с европейскими они будут превосходить даже газовые котлы.

2) Повсеместность применения . Источник рассеянного тепла можно обнаружить везде и тепловой насос будет бесперебойно отапливать ваш дом, не завися от капризов погоды, поставщиков дизельного топлива или падения давления газа в сети.

3)Экологичность . Тепловой насос не сжигает топливо, значит, не образуются вредные окислы типа CO, СO2, NOх, SO2, PbO2. Потому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Применяемые же в тепловых насосах фреоны не содержат хлор углеродов и озон безопасны. Экологическое оборудование должно работать исключительно с использованием экологически безвредного наполнителя.

4) Универсальность. Тепловые насосы обладают свойством обратимости (реверсивности). Они могут нагревать или охлаждать помещение.

5) Безопасность. Эти агрегаты практически взрыва- и пожаробезопасны. Нет топлива, нет открытого огня, опасных газов или смесей. Взрываться здесь просто нечему, нельзя также угореть или отравиться. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки агрегата не приводят к его поломкам или замерзанию жидкостей.

6) Надежность . Надежная автоматическая работа установки, не требующая постоянного присутствия человека. Длительный срок службы без капитального ремонта (10-20 лет: 45 тыс. часов для ТН с поршневым компрессором; 60 тыс. часов для ТН с винтовым компрессором).

7) Малые габариты и вес.

Идею создания испарительного теплового насоса была высказана английским физиком Кельвином в 1852 г. В основе теплового насоса лежат два физических явления. Первое: когда вещество испаряется, оно поглощает тепло, а когда конденсируется, отдает его. Второе: когда давление повышается повышается и температура испарения и конденсации вещества

В тепловом насосе происходит отбор теплоты низкопотенциального источника и его утилизация следующим образом. Теплоноситель, проходя по трубопроводу, проложенному в земле или воде, нагревается на несколько градусов, затем, проходя через теплообменник испарителя теплового насоса отдает аккумулированную теплоту. Хладагент с низкой температурой кипения в испарителе при низком давлении, отбирая эту теплоту, переходит из жидкого состояния в газообразное. Компрессор сжимает хладагент, при повышении давления повышается температура газа до 50-80°С, и затем горячий газ поступает в теплообменник конденсатора, где происходит передача тепла в систему отопления.