Тепловые насосы — энергосберегающее отопительное оборудование

Вячеслав Галочкин

Самый распространенный вид отопления помещений в Беларуси — водяной, с помощью водогрейного котла. Воздушное, с применением климатических установок или теплогенераторов горячего воздуха на газе, жидком топливе или твердом топливе широкого применения пока не нашло, несмотря на ряд преимуществ.

По типу топлива котлы делятся на газовые, жидкотопливные (дизтопливо), твердотопливные (уголь, торф, дрова) и электрические.

Несмотря на различия в видах используемого топлива котельные установки всех типов имеют один общий недостаток — ни в одном из котлов, сжигающих топливо, невозможно получить больше полезного тепла у потребителя, чем его заключено в этом топливе, то есть коэффициент использования первичной энергии топлива (КПЭ) всегда меньше единицы.

Однако существует вид оборудования, использующий электроэнергию, который также позволяет получать горячую воду для отопления и водоснабжения, но имеет коэффициент использования первичной энергии больше единицы.

Речь идет о тепловом насосе, который был изобретен лордом Кельвином в 1852 году и имеет много общего с холодильником. Если холодильник создает низкую температуру и замораживает продукты, то в тепловом насосе теплообменник, с которого сбрасывается тепло, используется для нагревания помещения.

При этом морозильник (теплообменник-испаритель) размещается вне дома. Оборудование работает в том же режиме, но теперь его функция — повышение температуры и отопление, а не снижение температуры и охлаждение.

При использовании различных видов топлива и энергии, эксплуатации оборудования, кроме продукции и отходов мы имеем нагретые воздух и воду, их температура невысока.

Это низкотемпературное рассеянное, вторичное тепло. Запасы его огромны, но производству нужны высокие температуры.

Тепловой насос — это компактная установка, позволяющая концентрировать низкотемпературное тепло и переносить его от теплоносителя с низкой температурой (4-5° С) к теплоносителю с более высокой температурой (от 60 до 80° С).

Процесс переноса тепла осуществляется с затратой электроэнергии, так же, как в холодильнике.

Основная характеристика теплового насоса — его теплопроизводительность k, которая показывает, во сколько раз больше производится тепловой энергии в сравнении с затраченной электрической.

Величина теплопроизводительности зависит от температуры низкотемпературных вторичных источников тепла. На каждый затраченный киловатт на электрической мощности компрессора тепловой насос может произвести от 1 до 8 кВт тепла.

Тепловой насос становится эффективным при k > 2,5, так как в этом случае только 40% производимой энергии превращается в электрический ток. Остальная энергия рассеивается в атмосфере. При k = 3 тепловой энергии произведено на 20% больше, чем было затрачено по получении электроэнергии. При использовании низкотемпературного источника тепла (вода, воздух, Т = 4° С) стоимость тепла, вырабатываемого тепловым насосом, в 1,6-3,7 раза ниже стоимости централизованного теплоснабжения и в 2-3 раза ниже, чем в угольной или мазутной котельной средней мощности.

В переохладителе (теплообменнике) также снимается энергия за счет охлаждения жидкого, сконденсированного фреона с 60° С до 30° С.

В дросселе давление жидкого фреона сжижается до давления, равного трем атмосферам, при котором возможно испарение фреона в испарителе при Т = 0°С.

Для испарения требуется энергия. Эта энергия отнимается у охлаждаемой артезианской воды, так как ее температура (8° С) выше температуры (0° С) кипящего в испарителе фреона. Пары фреона поступают в компрессор. Цикл завершен.

Управление работой теплового насоса осуществляют микропроцессорные системы автоматики.

Задача автоматического управления работой теплового насоса заключается в предотвращении аварийных ситуаций, температурном регулировании системы отопления, обеспечении оптимальных режимов функционирования всей системы оборудования, а также в управлении вспомогательным оборудованием.

Системы могут быть автоматически объединены в единую сеть управления несколькими ТН.

Надежность и долговечность работы основных устройств и их систем управления обеспечивается бесконтактными коммутационными элементами. Программные средства автоматики обеспечивают учет особенностей объектов и режимов отопления.

Ресурс до капитального ремонта составляет 45 000 часов для ТН с поршневым компрессором и 60000 часов для ТН с винтовым компрессором, или 10-15 отопительных сезонов. Средства автоматики обеспечивают эффективную и безаварийную работу тепловых насосов.

Каковы другие преимущества тепловых насосов в сравнении с традиционными методами теплоснабжения?

Нет проблем с приобретением топлива (и, следовательно, транспортных и погрузочно-разгрузочных расходов), не требуются котельная и склады топлива, не нужен штат сотрудников котельной, не нужно платить за ухудшение экологии.

По прогнозам мирового энергетического комитета (МИРЭК), с 2020 года в развитых странах доля отопления и водоснабжения с помощью тепловых насосов составит 75%.

Такое интенсивное развитие теплонасосной техники обусловлено следующими причинами. Во-первых, этот способ означает расходование намного меньшего количества топлива (нефти, газа, угля) на единицу получаемого тепла по сравнению с традиционными. Во-вторых, это экологически чистый источник тепла. В-третьих, тепловые насосы полезно используют или утилизируют неиспользуемое иными способами рассеянное тепло естественного (тепловая энергия воды, воздуха, почвы) или технического происхождения (тепло промышленных и сточных вод, вентиляционные выбросы и дымовые газы, неиспользуемое тепло технологических процессов). В-четвертых, тепловой насос — это единственное оборудование, производящее тепло с эффективностью, достигающей 800%. В-пятых, тепловой насос — это единственный вид оборудования, позволяющий работать с обратным циклом для кондиционирования помещений в знойные дни.

Дата добавления: 2015-07-14