Характеристика теплови насосів

04.12.2018 0 Від admin
Одним з ефективних енергозберігаючих способів, що дають можливість економити       органічне паливо, знижувати забруднення навколишнього середовища, задовольняти потреби споживачів у технологічному теплі, є застосування теплонасосних технологій виробництва теплоти. Тепловий насос – термодинамічна установка, в якій теплота від низько потенційного джерела передається споживачеві при більш високій температурі. При цьому витрачається механічна енергія. Велику перспективу представляє використання теплових насосів в системах гарячого водопостачання (ГВП) будівель. Основу експлуатованого сьогодні у світі парку теплонасосного обладнання складають парокомпресорні теплові насоси, але застосовуються також і абсорбційні, електрохімічні та термоелектричні. Ефективність теплових насосів прийнято характеризувати величиною безрозмірного коефіцієнта трансформації енергії[1]. Коефіцієнт трансформації теплового насоса, або теплонасосної системи теплопостачання (ТСТ) Ктр являє собою відношення корисного тепла, що відводиться в систему теплопостачання споживачеві, до енергії, що витрачається на роботу теплонасосної системи теплопостачання, і чисельно дорівнює кількості корисного тепла, одержуваного при температурах Тоut і Тin, на одиницю енергії, витраченої на привід ТН або ТСТ. Реальний коефіцієнт трансформації відрізняється від ідеального, на величину коефіцієнта год, що враховує ступінь термодинамічної досконалості ГТСТ і незворотні втрати енергії при реалізації циклу. В наведені залежності реального та ідеального коефіцієнтів трансформації (К тр) теплонасосної системи теплопостачання від температури джерела тепла низького потенціалу Тin і температурного потенціалу тепла, що відводиться в систему опалення Тоut. При побудові залежностей, ступінь термодинамічної досконалості ТСТ ч була прийнята рівною 0,55, а температурний напір (різниця температур хладону і теплоносія) у конденсаторі і в випарнику теплових насосів дорівнював 7 ° C. Ці значення ступеня термодинамічної досконалості год і температурного напору між хладоном і теплоносіями системи опалення та теплосбора представляються близькими до дійсності з точки зору обліку реальних параметрів теплообмінної апаратури (конденсатор і випарник) теплових насосів, а також супутніх витрат електричної енергії на привід циркуляційних насосів, систем автоматизації, запірної і керуючої арматури[2]. У загальному випадку ступінь термодинамічної досконалості теплонасосних систем теплопостачання  залежить від багатьох параметрів, таких, як: потужність компресора, якість виробництва комплектуючих теплового насоса і необоротних енергетичних втрат, які, в свою чергу, включають: – втрати теплової енергії в сполучних трубопроводах; – втрати на подолання тертя в компресорі; – втрати, пов’язані з неідеальної теплових процесів, що протікають в випарнику і конденсаторі, а також з неідеальністю теплофізичних характеристик хладонов; – механічні та електричні втрати в двигунах та інше. Як і холодильна машина, тепловий насос споживає енергію на реалізацію термодинамічного циклу (привід компресора). Коефіцієнт перетворення теплового насоса – відношення теплопродуктивності до електроспоживанню – залежить від рівня температур у випарнику і конденсаторі. Температурний рівень теплопостачання від теплових насосів в даний час може варіюватися від 35°C до 62°C. Що дозволяє використовувати практично будь-яку систему опалення. Економія енергетичних ресурсів досягає 70 %. Промисловість технічно розвинених країн випускає широкий асортимент парокомпресійних теплових насосів тепловою потужністю від 5 до 1000 кВт.

Різновиди теплових насосів

  1. Тепловий насос прямого геообміну.

Тепловий насос прямого геообміну називається так, тому що процес випаровування фреону відбувається безпосередньо в землі. У зрошувальних теплових насосах тепло землі відбирається земальним колектором і транспортується в тепловий насос. У розсільному тепловому насосі є теплообмінник розсіл – фреон,в якому і відбувається передача тепла від землі до фреону і, в результаті, випаровування самого фреону[4].
Читати також  Як працює трьохходовий клапан?
Тобто традиційний тепловий насос складається з трьох контурів:
  • первинний (передача тепла від розсолу фреону).
  • холодильний (процес випаровування-стиснення – конденсації фреону).
  • вторинний (передача тепла від фреону системі опалення).
У тепловому насосі прямого випаровування є тільки два контури
  • первинний, він же холодильний (випаровування фреону в землі і стиснення його компресором).
  • вторинний (передача тепла від фреону в систему опалення)
Конструктивно це реалізовано наступним способом: з компресора теплового насоса виходить дві мідні трубки (лінії всмоктування), за якими фреон в газоподібному стані під низьким тиском проходить із землі до компресора. Ці трубки ведуть до колектора або гребінці випарника. Іпарітелем є мідні або алюмінієві труби, укладені на глибині 2 метри. Кількість контурів залежить від теплової потужності теплового насоса.
  1. Геотермальні теплові насоси грунт-вода.

Тепловий насос типу розсолу витягує тепло з грунту за допомогою пластикових труб (т.зв. геотермальний зонд або грунтовий колектор), заповнених екологічно чистим антифризом. Є два основних способи монтажу первинного контуру:
  • Горизонтальний.
  • Вертикальний.
При горизонтальному монтажі потрібну кількість труб (один метр труби здатний відбирати в середньому 20 Вт тепла) укладається на глибину 1,5-2 метра. При вертикальному монтажі зонди опускаються в пробурені свердловини потрібної глибини (1 метр вертикального зонда відбирає в середньому 50 Вт тепла)[5]. Переваги горизонтального монтажу – мінімальні початкові витрати. Недоліки – потрібна вільна від забудови територія. Перевага вертикального укладання зондів – більш стабільний СОР, мінімум місця для буріння. Мінус – відносна дорожнеча бурильних робіт.
  1. Теплові насоси вода-вода використовують як джерело тепла підземні води. Такі системи є найбільш раціональними в нашому регіоні. Адже на території України дуже багато підземних джерел води, зокрема весь Київ «стоїть» на воді.

Теплові насоси вода-вода мають найвищі показники СОР (до 7,2), адже температура підземних вод незмінна і тримається на рівні 10-12 ° С. Для реалізації системи потрібна подає і дренажна свердловина. Наша компанія надає послуги з буріння свердловин для подачі води і дренажу нашим клієнтам. Крім самого високого і стабільного показника СОР, система вода-вода має ще один величезний плюс: початкові витрати на цю систему в кілька разів менші системи грунт-вода. Це дозволяє знизити витрати на зовнішній контур до мінімуму[6].
  1. Тепловий насос грунт-вода з горизонтальним теплообмінником

В поверхневому шарі землі накопичується тепло протягом теплого періоду року (весна, літо, осінь). Використання цієї енергії для опалення є доцільним для різних типів будівель. Найбільша кількість енергії забирається з поверхневого шару землі, який має великий вміст вологи. Тепло з поверхневого шару землі відбирається за допомогою пластикової труби. Екологічно чиста, морозостійка рідина циркулює в трубній системі та переносить тепло до теплового насоса. Дане джерело низькопотенційного тепла потребує значно більших площ, ніж вертикальний колектор, але зменшуються капітальні затрати на облаштування системи.
  1. Тепловий насос вода-вода.

Сонце нагріває воду в морях, озерах та інших водних джерелах. Сонячна енергія накопичується в воді та глибинних шарах. Рідко температура води знижується нижче +4°С. Чим ближче до поверхні, тим більше змінюється температура протягом року, а на глибині вона відносно стабільна. Труба для передачі тепла вкладається на дні чи в ґрунті дна, де температура дещо вища, ніж температура води. Важливо, щоб труба укладалася з вантажем для попередження підняття труби на поверхню. Чим нижче вона залягає, тим менший ризик пошкодження. Водяне джерело, як джерело низькопотенційного тепла для теплонасосної системи дуже ефективне для різних типів будинків.
Читати також  Сучасні системи опалення: різновиди та характеристики
Є варіант монтажу водяного теплонасоса без використання класичних водяних та грунтових колекторів. Можлива організація забору води зі свердловини чи водойми з її подальшим скидом, після проходження теплообмінника теплового насоса, через відвідний канал назад в водойму чи іншу свердловину. Самі теплонасоси майже не відрізняються від тих, які працюють з «розсолом». Але завдяки вищій температурі теплоносія взимку річна ефективність їх використання виявляється найвищою. Шкода, що теплонасосні технології вода-водапридатні переважно для промислового використання. Дуже рідко виникають відповідні умови для приватної особи. Але якщо поруч тече незамерзаюча річка, ви можете укласти петлю труби з антифризом на дно (притопивши вантажами) та обігріватися практично за дарма. Звичайно, якщо водозахисна служба дасть дозвіл на такі роботи. Зі свердловиною складніше. Воду з неї (з розрахунку близько 0,25 м3/год на 1 кВт теплової потужності) свердловинним насосом подають прямо у випарник, а зливають у другу свердловину, віддалену від першої вниз за течією води в підземному шарі на 15-20 м. При цьому водоносний шар повинен прийняти і відвести воду, що злиться, інакше маленька повінь вам забезпечена. Ясно, що такі пласти на малій глибині зустрічаються не скрізь, а для артезіанських свердловин отримати дозвіл у нас непросто. І ще потрібно захистити випарник теплонасоса вода-вода від забруднення та корозії. Фільтрування та аналіз води обов’язкові. Якщо в ній надто багато солей, доведеться улаштувати проміжний теплообмінник, між ним і тепловим насосом циркулюватиме деаерована чиста вода чи антифриз, це залежить від системи.

  1. Тепловий насос повітря-вода

Тепловий насос повітря-вода дешевший, і труб (з незмінними земляними роботами) не вимагається. Недолік в теплонасосі повітря-вода один: з морозного повітря багато тепла не відбереш. Стабільно, хоча і із зменшеною потужністю, дані енергозберігаючі технології працюють до мінус 20-25 °С, а потім потрібно вмикати інший теплогенератор. Коли йдеться про вибір повітряних теплових насосів, корисно враховувати дві важливі обставини, зазвичай замовчуваних в статтях. По-перше, значення номінальної потужності, що приводиться в паспорті, відноситься до певної температури навколишнього повітря. Це може бути і 0, і 2, і 10, і навіть 25°С[8]. Значить, по ефективності кожен тепловий насос повітря-вода потрібно порівнювати при однаковій температурі зовнішнього повітря. По-друге, з посиленням холодів повітряний теплонасос розвиває помітно меншу (інколи вдвічі) потужність, тому додатковий обігрівач потрібний обов’язково, якщо теплонасосна система опалення не розрахована з запасом. Конструктивно повітряні теплонасоси виконуються за двома компонувальними схемами: спліт та моно. У першому випадку тепловий насос складається з двох блоків, сполучених комунікаціями. Один, зовнішній, включає потужний вентилятор та випарник (монтується на ділянці недалеко від будинку). Другий, внутрішній, містить конденсатор та автоматику, і встановлюється в приміщенні. Компресор може розташовуватися або зовні, щоб не шумів, або в будинку. У моноблочних повітряних теплонасосних системах всі елементи збираються в загальному корпусі та монтуються в будинку, а з вулицею з’єднуються гнучким повітропроводом. Існують моноблоки, що допускають як зовнішній, так і внутрішній монтаж. Останніми роками, у зв’язку з погіршенням вентиляції житла завдяки широкому вживанню нових герметичних вікон із склопакетами, повітряні теплові насоси отримали додатковий розвиток. Окрім опалення та підготовки гарячої води, деякі моделі теплонасосів «навчилися» не лише працювати в системах вентиляції, але й використовувати тепло відпрацьованого повітря приміщень. Також теплонасосна система повітря-вода може використовувати теплові скиди самого приміщення для опалення та гарячого водопостачання: скидну воду, а також вентиляційні викиди та димові гази. В останньому випадку витяжна система повинна бути обладнана діючим вентиляційним агрегатом. Дана комбінація покращує вентиляцію будинку та зменшує проблеми з цвіллю, сирістю, радоновою загазованістю. Сфери використання енергії яку акумулює пристрій. Особливості використання енергії (тепло або холод) яку акумулює пристрій ми представимо у наступному вигляді:
  • Джерела енергії отримання тепла.
  • Огляд недоліків та переваг теплових насосів.
  • Тепловий насос зонд енергія.
Переваги:
  • економія до ѕ від всіх витрат у порівнянні з звичайними технологіями опалення та кондиціонування.
  • повна відсутність викидів CO2.
  • немає потреби в площах для зберігання палива.
  • низькі експлуатаційні витрати.
  • розумні інвенстиційні витрати.
  • відсутність витрат на паливо і золовидалення.
  • немає необхідності в обслуговуванні газового котла та контролі якості палива.
  • немає потреби в сховищах для палива (деревина,вугілля).
  • не потрібен фільтр для відпрацьованого палива.
  • відсутність шкідливих викидів в процесі експлуатації.
  • відсутні забруднення мікрочастинками відпрацьованого палива.
  • не використовується фреон і вогнетривкий холодоагент.
  • відсутність неприємних запахів.
  • здоровий мікроклімат приміщення, який оцінять жителі, гості та коллеги.
  • найнижчі, в порівнянні з іншими альтернативними джерелами тепла, капітальні витрати.
  • можливість використання для охолодження повітря в теплий період року.
  • простота в експлуатації.
  • можливість встановлення в «звичайну» систему повітряного опалення.
  • спрощення у вимогах до систем вентиляції приміщень.
Серед недоліків теплових насосів, які використовуються для опалення приміщень, можна віднести їх велику вартість, однак вкладені в установку цього обладнання кошти окупляться протягом 4-6 років.
Читати також  Как работает трехходовой клапан в системе отопления
Висновок Установка теплового насоса  хоч і вимагає інвестицій, зате гарантує безпеку для навколишнього середовища, а також забезпечує економію та автономність. Тим більше, зараз існують програми компенсації витрат з модернізації систем опалення, а також пільгові тарифи для споживачів виключно електричного опалення.  

Наша продукція Теплові насоси повітря-вода Gulfstream HP

Джерела
  1. «Енергозбереження. Теоретична теплофізика та основи енергозбереження». Практичний посібник. Карпов Ф. Ф. і Козлов В. Н. Харків 1987. – 128 с.
  2. «Енергозбереження. Міфи та реальність». Практичний посібник Е. Макаров Г. Ф.
  3. Борисов М. А. Реабілітація ТЕС. «Забезпечення сталої роботи об’єднаної енергосистеми України»- 2004. – № 3. – С. 2-3.
4 «Використання технологій енергії надр Землі.» Ю. П. Корчевой, М. А. Борисов, О. Ю. Майстренко, М. В. Чернявський, А. Еспель, Ж. Наке /Энергетика и электрификация. – 2002. – № 1. – С.8-11.
  1. Кириллов И. И. Газовые турбины и газотурбинные установки. – М.: Машгиз, 1956. – Т.1. – 434 с.; Т.2. – 318 с. Когенерація, як складова розвитку і модернізації енергетики України /А. А. Долінський, В. М. Клименко, О. І. Мазур, П. П. Сабашук /L Научно-техническая сессия по проблемам газовых турбин «Использование последних достижений науки и техники при проектировании, освоении и эксплуатации газотурбинных и парогазовых установок большой мощности»: Тез. докл. (17-18 июня 2003 г., Санкт-Петербург). – СПб.: ОАО ЛМЗ. – 2003. – С.12-19.
  2. Завод им. Орджоникидзе. Основные направления деятельности нашей продукции – устройства бытовой энергетики /Интернет-ресурс, адрес
  3. Сайт Компании «Автономный ЭнергоСервис». [Електронний ресурс] – Режим доступу: www.esist.ru/www.mototech.ru.
  4. Києво-Могилянська академія (історична довідка енергетики України) /Интернет-ресурс, [Електронний ресурс] – Режим доступу: https://www.ukma.kiev.ua/ua/general/history-energetychna/dovidka/index.php.