Тепловые насосы


kd150kv.org

Сайт о проблемах электроснабжения




Погода на завтра.

Каменка-Днепровская

Реклама



Тепловые насосы

На сегодняшний день геотермальный тепловой насос является наиболее эффективной энергосберегающей системой отопления и кондиционирования. Геотермальные тепловые насосы получили широкое распространение в США, Канаде и странах Европейского Сообщества.

ГТН - системы устанавливаются в общественных зданиях, частных домах и на промышленных объектах. Толчок к развитию ГТН - системы получили после энергетических кризисов 1973 и 1978 годов. В начале своего развития ГТН - системы устанавливались в домах высшей ценовой категории, но за счет применения современных технологий геотермальные тепловые насосы стали доступны большинству потребителей. Они устанавливаются в новых зданиях или заменяют устаревшее оборудование с сохранением или незначительной модификацией прежней отопительной системы. Геотермальный тепловой насос был установлен даже в широко известном небоскребе Нью-Йорка The Empire State Building.

В мире – масштабы использования.

К настоящему времени масштабы внедрения геотермальных тепловых насосов в мире ошеломляют:
  • В США ежегодно производится около 1 млн. геотермальных тепловых насосов. При строительстве новых общественных зданий используются исключительно геотермальные тепловые насосы. Эта норма была закреплена Федеральным законодательством США.
  • В Швеции 70% тепла обеспечивается тепловыми насосами. В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается геотермальными тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими как источник тепла … Балтийское море с температурой + 8°С.
  • В Германии предусмотрена дотация государства на установку тепловых насосов в размере 400 марок за каждый кВт установленной мощности.
  • Общий объём продаж выпускаемых за рубежом ГТН составляет 125 млрд. долларов США, что превышает мировой объём продаж вооружений в 3 раза.
  • В мире по прогнозам Мирового Энергетического Комитета к 2020 году доля геотермальных тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%.
 

Какие преимущества позволили ГТН в столь короткий срок вытеснить традиционные источники энергии?  

Экономичность. Низкое энергопотребление достигается за счет высокого КПД ГТН - системы (от 300% до 700%) и позволяет получить на 1 кВт затраченной энергии 3-7 кВт тепловой энергии или 15-25 кВт мощности по охлаждению на выходе. Система исключительно долговечна и прослужит от 25 до 50 лет без особого внимания к себе.

Универсальность. Один электронный модуль контролирует сразу все процессы - отопление, охлаждение и нагрев воды. Системный мониторинг осуществляется микропроцессорными средствами автоматики, автоматизированная система управления обеспечивает безопасный и эффективный режим работы теплового насоса и вспомогательного оборудования.

Комфорт. ГТН - система работает устойчиво, колебания температуры и влажности в помещении минимальны. Отсутствует шум. Применяется повсеместный климатический контроль.

Надежность. Содержит минимум подвижных частей, отсутствует внешнее оборудование. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют специальных навыков и описаны в инструкциях к конкретным моделям. Cрок эксплуатации земляного коллектора зависит от уровня кислотности почвы и может достигать 50-100 лет, при повышенном же "pH" - приблизительно 30 лет. Непосредственно в самой установке единственной движущей частью является компрессор, срок службы которого составляет 15 лет, и который можно легко и дешево заменить по истечении срока его эксплуатации.

Безопасность. Нет открытого пламени, отсутствуют выхлопы, сажа и другие вредные выбросы.

Эффективность и совместимость. Более чем в три раза эффективней традиционных систем. Тепловой насос совместим с практически любой циркуляционной теплопроводной отопительной системой, независимо от типа котла (теплообменника, бойлера и т.д.).

Экология. Экологически чистый метод отопления и кондиционирования, т.к. используется возобновляемая тепловая энергия земли. Насос не производит вредных выбросов, воздействие коллектора минимально, хладагент R407C, циркулирующий в агрегате, нетоксичен, безвреден для озонового слоя.

Дизайн. Установка ГТН не нарушает концепцию фасада здания (т.к. нет внутреннего и внешнего блока – в отличие от кондиционеров и сплит – систем), и занимает минимум пространства.

Кто является автором «идеи»?

В начале позапрошлого века, в 1852 г. лорд Келвин (Уильям Томсон) предложил практическое применение этого феномена, назвав его “умножителем тепла”. Тогда еще Келвин считал, что в силу ограниченности невосстанавливаемых ресурсов у его изобретения большое будущее, а затраты на отопление должны составлять всего 3% от существующих. В его "умножителе тепла", или как сейчас называют, геотермальном тепловом насосе, в качестве теплоносителя использовался воздух: он расширялся (охлаждаясь при этом) в специальной емкости, затем подавался в теплообменник, где нагревался наружным воздухом. При последующем сжатии до атмосферного давления воздух нагревался до температуры выше окружающей и после этого подавался в обогреваемое помещение, вызывая немалое удивление окружающих.  

Принцип работы

ГТН - система работает как котел при отоплении и как кондиционер при охлаждении. Работа теплового насоса осуществляется в компрессионно-конденсаторном цикле. Теплоноситель (обычно вода, иногда энергия грунта и воздуха) подается из земли или водоема в тепловой насос, где низко-потенциальное тепло Земли отбирается и передается по системе воздуховодов или трубопроводов к потребителю. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии может быть использовано тепло как естественного происхождения (наружный воздух; тепло грунтовых, артезианских и термальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов), так и тепло техногенного происхождения (промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов и любое другое бросовое тепло).

Работа теплового насоса состоит из нескольких стадий (см. схему):

Схема теплонасоса

1. Теплоноситель, двигаясь по трубопроводу, проложенному, к примеру, в землю, прогревается на несколько градусов. Затем он, попадая в тепловой насос, идет через теплообменник (испаритель), передает тепло, накопленное в окружающей среде, во внутренний контур.

2. Внутренний контур наполнен хладагентом. Это вещество характеризуется крайне низкой температурой кипения. Оно проходит сквозь испаритель и преобразуется из жидкого состояния в газообразное. Это осуществляется в условиях низкой температуры и давления.

3. Газообразный хладагент из испарителя направляется в компрессор, где происходит его сжатие и повышение температуры;

4. Горячий газ проникается в следующий теплообменник (конденсатор). Именно там осуществляется теплообмен между теплым газом и теплоносителем. Хладагент передает собственное тепло в отопительную систему, охлаждается и вновь становится жидкостью. Сразу после этого нагретый теплоноситель (горячая вода в отопительной системе) направляется к отопительным приборам.

5. Во время прохождения хладагента сквозь редукционный клапан – уменьшается давление, хладагент движется в испаритель, и происходит повторение цикла. Сегодня тепловые насосы выпускаются тепловой мощностью от 2 кВт до 200 МВт.

Область применения тепловых насосов

Тепловые насосы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, жилом и общественном секторах:

  • в жилищно-коммунальном хозяйстве с помощью ГТН может осуществляться автономное теплоснабжение отдельных многоэтажных зданий и зданий типа котеджей;
  • в общественных зданиях с кондиционированием воздуха обычно применяют совмещенные кондиционеры, обеспечивающие охлаждение воздуха в теплый период и нагревание в режиме теплового насоса в холодный;
  • на промышленных предприятиях тепловые насосы применяют для утилизации теплоты выбросов, водооборотных систем, стоков с целью использования такого тепла для теплоснабжения, отопления и горячего водоснабжения.
 
Источник тепла Среда 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
   

В условиях нашего климата возможно использование ГТН для постоянного и бесперебойного нагрева воды в системах горячего водоснабжения и устройства тёплых полов, а также для нагрева воды в системах отопления в зимнее время до температуры +60 °С.

Можно использовать ГТН различных типов и мощности.

* Тепловые насосы открытого цикла используют грунтовые воды как главный источник энергии. Теплоноситель подается непосредственно из водоема и после прохождения цикла охлажденным возвращается обратно. При идеальных условиях использование ГТН с открытым циклом может быть наиболее экономичным типом геотермальной системы.

* Тепловые насосы с закрытым водоемным циклом крайне экономичны, так как при установке используется доступный водоем, и отсутствуют затраты на земляные работы. Спирали труб просто помещаются на дно водоема.

* Тепловые насосы с горизонтальным теплообменником рассматриваются лишь при наличии поверхности необходимой площади. Замкнутый контур теплообменника укладывается горизонтально в глубокие траншеи, длина которых варьируется от 30 до 120 метров.

* Замкнутый контур теплообменника устанавливается вертикально в подготовленные отверстия. Применяется в тяжелом грунте или при ограниченности пространства участка. Буровое оборудование используется для сверления отверстий малого диаметра на глубину 25-90 метров. Работа зимой Зимой ГТН - система тепло неостывшей воды передает в дом. Работа летом, если не хочется покупать кондиционер. Летом ГТН - система излишки тепла в доме передает через теплообменник в обратном направлении  

Тепло из грунта для теплоснабжения дачи, сельского дома.

Тепло из грунта

Тепловые насосы могут использовать в качестве источника тепла энергию грунта Вашего земельного участка. Сохраненная в почве солнечная энергия подарит комфортное тепло даже в очень холодные дни.

Трубопровод, в котором циркулирует неядовитая жидкость, зарывается в землю на глубину 1 м. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами – 0,8..1 м. Специальной подготовки почвы, засыпок и т.п. не требуется. Предпочтения к грунту – желательно использовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами, однако сухой грунт не является помехой – это приводит лишь к увеличению длины контура. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода 20..30 Вт.

Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длинной 350..450 метров, для укладки такого контура потребуется участок земли площадью около 400 кв. метров (20м*20м). Не обязательно укладывать контур ниже уровня промерзания почвы – глубина в 1 м является оптимальной.          

Тепло из скважины для теплоснабжения дачи, сельского дома.

Тепло из скважины

Необходимо пробурить две скважины на расстоянии не менее 1,5 м одна от другой. Из одной скважины мы будем закачивать воду насосом в теплообменник, из которого вода будет выливаться во вторую скважину.

В статье «3. Расчеты отопления», мы определили, что для поддержания необходимой температуры в среднем доме необходима мощность 10 кВт, что за 1 час потребит энергию 10 кВт-часов. Между тем, для примерного расчета мощности электродвигателя насоса необходимо знать, какое количество воды из скважины ему придется перекачивать за 1 час.

Зная, что 1 калория равна 0,0116222222 ватт-часа, находим, что необходимая энергия 10000 ватт-часов равна 10000 : 0,0116222222 = 860420 калорий. Для нагрева 1 кубического сантиметра воды на 1 градус требуется 1 калория тепла. Если системе водяного отопления дома будет 100 литров, или 100000 кубических сантиметров воды то каждый час она будет нагреваться в конденсаторе на 860420:100000 = 8,46 градусов, чтобы при охлаждении батарей это тепло передавалось в помещение.

Как известно, в одном кубическом метре воды – 1000 литров. Умножив объем подогреваемой воды в доме - 100 литров на температуру подогрева - 8,46 градусов - получим 846. Такое же, а учетом потерь, даже немного больше, должно быть произведение объема и температуры охлаждаемой воды, которая перекачивается насосом из одной скважины в другую.

Температура воды у наших скважинах ниже 8 градусов не опускается. Если она будет охлаждаться в испарителе на 2 градуса, то объем перекачиваемой за 1 час воды составит 846 : 2 = 423 литров или 0,423 кубических метра за 1 час.

Распространенный у нас электронасос БЦ 08-20 У1.1 «Харьков» при мощности электродвигателя 0,58 кВт способен перекачивать 2,88 кубических метров воды за 1 час. Но не надо забывать, что еще будет работать компрессор, перекачивающий фреон или подобную жидкость из испарителя в конденсатор. Ну и в самой системе отопления обычно работает циркуляционный насос.

Но, в любом случае, суммарная мощность всех электродвигателей будет значительно меньше мощности нагревателей при прямом электрическом отоплении и составит не более 2 кВт для дома площадью 100 квадратных метров.

Производством тепловых насосов в Украине занимаются компания ООО "Геотепло" и другие. Цены, однако, кусаются, за тепловые насосы мощностью примерно 10 кВт придется выложить 4 – 5 тысяч евро, да, кроме того, работа по монтажу.

Остается только надеяться на финансовую поддержку со стороны государства для тех, кто решил установить тепловые насосы, как это делается во многих цивилизованных странах.

Дата: 2015-06-11

Просмотров: 2427

Комментарии к этой заметке (1):

Комментарий добавил(а): Ольга
Дата: 2015-04-02

Интересно бы посмотреть в реальности.



Оставить комментарий

Введите сумму чисел: