Як працює тепловий насос – плюси і мінуси

?

Як працює тепловий насос – плюси і мінуси

Раціональне використання паливно-енергетичних ресурсів, запаси яких швидко зменшуються, набуває найважливіше значення не тільки для розвитку людської цивілізації, але і фактично для її збереження разом з середовищем існування.

Зростання цін на енергоносії та високі витрати на їх доставку призводять н стрімкого підвищення вартості електричної і теплової енергії, що також змушує споживачів задуматися про економію.

Зі шкільного курсу фізики відомо, що передача тепла від нагрітих тіл н більш ХОЛОДНИМ, АЛЕ ніяк не навпаки. Наш життєвий досвід не знає зворотного процесу, так і наука обгрунтовано це підтверджує. Однак технічні хитрощі зробили можливим перенесення тепла в зворотному напрямку — від менш нагрітого тіла до більш гарячого. Для сучасної людини немає нічого дивного в роботі холодильника, коли тепло з морозильної камери, температура в якій може бути і негативною, скидається в навколишнє середовище. Якщо це тепло використовувати, наприклад, для обігріву приміщення, а холодильну камеру замінити надійним, постійно діючим природним джерелом тепла, це і буде тепловий насос.

ТЕПЛОВИЙ НАСОС — термодинамічний агрегат, за допомогою якого тепло від источнина з низькою температурою (від низнопотенциального джерела) передається споживача з більш високою температурою. При цьому для підтримки процесу теплопередачі витрачається деяка механічна енергія.

Джерелами ниэкопотенциальной енергії можуть бути зовнішнє повітря, земне (ґрунтове) тепло, тепло водойм та підземних вод. За допомогою

теплових насосів легко здійснюється рекуперація тепла повітря, що видаляється вентиляційного повітря, каналізаційних стоків, промислових скидів і від технологічних процесів, що виділяють тепло, що істотно зберігає теплову енергію. Отже, теплові насоси можна використовувати не тільки для опалення і гарячого водопостачання, але і в інтегрованій системі — для регенерації тепла з побутових стоків і вентиляції.

Читайте також: Встановлення теплового насоса для опалення будинку

Схема компонування системи геотермального опалення

Познайомимося з пристроєм теплового насоса (ТН), яка отримує тепло з середовища з невисокою позитивною температурою і віддає його в систему опалення житла та на підігрів води (рис. 1). В агрегат входять: 1 — трубопровідний контур з насосом, заповнений рідиною з низькою температурою замерзання та забезпечує забір низькопотенційної теплоти води (грунтової або водойми), землі або повітря; 2 — випарник; 3 — компресор з механічним приводом; 4 — конденсатор; 5 — дросельний клапан; 6 — тепловий акумулятор; 7 — опалювальний контур.

Чотири основних вузла конструкції ТН (2, 3, 4, 5) з’єднані герметичними трубопроводами, у яких циркулює робоча рідину (речовина) з дуже низькою температурою кипіння при нормальному атмосферному тиску.

При циркуляції робоча речовина (його аналог в холодильнику називають холодоагентом), перебуваючи у випарнику 2, при низькому тиску закипає і, випаровуючись, поглинає низькопотенційне тепло, принесене з навколишнього середовища зовнішнім контуром 1.

Потім при витраті механічної енергії (в нашому випадку — шляхом стиснення в компресорі 3) тиск робочого речовини, що знаходиться в газоподібному стані, примусово підвищують, в результаті чого воно підігрівається до високої температури.

У конденсаторі (який служить теплообмінником) теплота цього стислого гарячого теплоносія нагріває воду в тепловому акумуляторі 6, яку використовують для системи опалення 7 і гарячого водорозбору. Віддавши тепло, робоча речовина компресорного контуру конденсується і переходить із газоподібного в рідкий стан.

Конденсат робочого речовини, проходячи через дросельний клапан малого перерізу, потрапляє в обсяг випарника з меншим тиском і закипає при наявною в ньому температурі. При цьому температура знижується, та так сильно, що у випарнику робоча речовина знову може поглинати тепло навколишнього середовища, принесеної первинним контуром з землі або інших джерел — води, повітря, пристроїв регенерації тепла побутових або промислових скидів.

Таким чином реалізується безперервний круговий процес перенесення теплоти з низького температурного рівня на вищий. Для цього потрібні енергетичні витрати, але вони в кілька разів менше одержуваної енергії і, крім того, витрачаються з користю разом з привнесеним теплом.

Для оцінки ефективності ТН служить коефіцієнт перетворення т. рівний відношенню віддається насосом енергії до енергії, споживаної компресором для функціонування всієї установки.

В сучасних теплонасосних системах цей коефіцієнт має значення 3 і більше. Не заглиблюючись у тонкощі термодинамічних процесів, необхідно відзначити, що існує залежність коефіцієнта перетворення від різниці температур у вхідному і вихідному контурах ТН. Чим менше різниця цих температур, тим вище економія витрачається компресором електроенергії. Ось чому вигідніше обігрівати будинок теплими підлогами з температурою +25…+35°С, ніж стандартними радіаторами, нагрітими до +70…+90°С. В цьому випадку може досягти значення 4,5 і більше.

Оточуюче нас середовище буквально насичена теплом. Якщо температуру на поверхні Землі порівняти з температурою в космічному просторі, то стане зрозуміло, наскільки тепло на нашій планеті. Причому це тепло в осяжному майбутньому залишається невичерпним. Сонце нагріває земну поверхню, але і надра також віддають тепло верхніх шарів грунту. Завдяки цьому температура в ґрунті на глибині 5-5 м і більше практично постійна. У середній смузі Росії вона становить +4…+8. А ми скаржимося на брак енергоресурсів! Низькопотенційне тепло ґрунту — це надійний, постійно поповнюваний джерело енергії.

Дослідження показали, що при максимальному відборі тепла свердловиною ТН температура навколо неї знижується на величину, до якої практично можна знехтувати, так як вона швидко відновлюється при зменшенні відбору і роками залишається на одному рівні.

Перспективно і використання тепла підземних вод та водойм.

Детальніше зупинимося на грунтових ТН. Їх можна розділити на кілька розрізняються систем. Насамперед це насоси з відкритим циклом, коли вода, що має позитивну температуру, забирається безпосередньо з водоносного горизонту і після охолодження при відборі тепла повертається назад (рис. 2а). Більш поширені системи з закритим циклом, при якому теплоносій прокачується через замкнутий трубопровідний контур, який розміщений в грунті або укладений по дну відкритого водоймища. Контур знімання тепла можна покласти горизонтально в глибокій траншеї (рис. 26) або встановити вертикально в свердловині (рис. 2в).

Посилання по темі: Тепловий насос: схема пристрою, окупність ціна і принцип роботи в питаннях і відповідях

При виборі між вертикальним зондом або горизонтальним колектором слід враховувати, що в першому випадку кожен погонний метр свердловини віддає 50 Вт теплової енергії, а колектор — всього лише 20 Вт. Крім того, колектор за опалювальний сезон сильно вихолоджують грунт, що призводить до падіння ефективності теплонасосної установки. Однак буріння свердловини обходиться значно дорожче.

Використовувати системи ТН, незважаючи на поки ще високу вартість їх спорудження (300-Ш $ за 1 кВт теплової потужності), вигідно через відсутність необхідності в закупівлі, транспортуванні і зберіганні палива. На ділянці звільняється територія від складу з паливом та під’їзного шляху до неї. Сама ж установка досить компактна і може бути розміщена в напівпідвальному приміщенні (фото і рис. 3). Вкладені в систему ТН кошти окупаються за рахунок заощадження електроенергії та повної відмови від закупівель палива. Дуже важливо і те, що ці установки не завдають шкоди навколишньому середовищу. Система управління ТН автоматично підтримує циклічний режим роботи, що забезпечує задані параметри забезпечення теплом житлового будинку.

Може здатися, що розмови про ТН — це лише пропаганда порівняно нового напряму в енергетиці. Тільки це напрям — вже зовсім не нове. Досить поглянути на рівень використання низькопотенційної теплової енергії з допомогою таких пристроїв у деяких країнах (див. табл.), щоб усвідомити всю значимість цього напрямку енергетики.

Вивчивши принцип дії і склад обладнання в комплекті установки ТН, ймовірно, ви могли б і самі зібрати її з придбаних окремо компресора, теплообмінників і вузлів автоматики.

Наскільки перспективним є такий шлях, покаже практика.

Ясна річ, що техніка, виготовлена і налагоджена на виробничому підприємстві, більш надійна і краще використовувати її.

Але ентузіасти-самоделыцики завжди і в усьому беруть участь. Судячи з активності на форумах в Інтернеті, займуться вони і теплонасосної технікою. І вже є звістки про успіхи в цій області.

Схема роботи теплового насоса

Рис. 1. Схема теплового насоса Viessmann з скважным контуром збору тепла з землі і транспортування його в систему опалення та гарячого водопостачання житлового будинку: 1 — первинний контур відбору тепла землі; 2 — випарник; 3 — компресор; 4 — конденсатор; 5 — дросельний клапан; 6 — тепловий акумулятор; 7 — опалювальний контур;

Рис. 2. Конструктивні різновиди контурів відбору земного тепла в системах теплових насосів:

а — з відкритим циклом; б — із закритим циклом (горизонтальний теплосъемный колектор); — із закритим циклом (вертикальний свердловинний зонд).

Посилання по темі: Тепловий насос – принцип і схему роботи . Установка своїми руками.

ТАБЛИЦЯ: Потужність, що генерується тепловими насосами, в деяких країнах у 2010 році

Країна

Генеруюча потужність, МВт

Щорічно виробляється ТН теплова енергія, ТДж/рік*

1

США

3 086

97 320

2

Філіппіни

1 906

60 065

3

Індонезія

1 197

37 769

і

Мексика

958

30 211

5

Італія

863

26 585

6

Нова Зеландія

628

19 805

7

Ісландія

575

18 133

8

Японія

536

16 903

9

Сальвадор

206

6 633

10

Кенія

167

5 267

*Тера(Т)— 1012.

Як бачимо, використання тепла землі за допомогою теплових насосів, очевидно, займе своє гідне місце.

Рис. 3. Так виглядають теплонасосні установки:

а — з трубним двоконтурним колектором теплосъемного контуру, покладеного горизонтально в грунт на глибину 1,5-2,5 м; 6 — з вертикальним свердловинним зондом, займає дуже мало місця.

Реклама

 

Related posts

 
 

Leave a Reply

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

http://poradumo.com.ua/183521-iak-pracuye-teplovii-nasos-plusi-i-minysi/