Тепловые насосы позволяют осуществить эффективное использование электрической энергии для целей теплоснабжения.Тепловые насосы. Вихревые теплогенераторы. Тепловые насосы. Тепловые насосы позволяют осуществить эффективное использование электрической энергии для целей теплоснабжения. Тепловой насос - это холодильная машина, в которой тепло от среды с низкой температурой передается теплоносителю с высокой температурой за счет затраты энергии на преобразование рабочего тела машины. Принцип действия теплового насоса аналогичен работе холодильника. В холодильнике тепло от охлаждаемых продуктов отбирается посредством испарителя и через конденсатор прибора отводится в помещение. При работе теплового насоса тепло отбирается из окружающей среды (грунта, воды, воздуха) и подается в систему отопления. Тепловой насос перекачивает низкопотенциальную тепловую энергию грунта, воды или воздуха в относительно высокопотенциальное тепло для отопления объекта. Примерно 2/3 отопительной энергии можно получить бесплатно из природы: грунта, воды, воздуха и только 1/3 энергии необходимо затратить для работы самого теплового насоса. Попросту, тепловой насос берет тепловую энергию из земли (воды, воздуха) и «перекачивает» ее в отапливаемый дом. Тепловой насос использует тепло, рассеянное в окружающей среде: в земле, воде, воздухе (его специалисты называют низко-потенциальным теплом.) Затратив 1 кВт электроэнергии в приводе насоса, можно получить 3-4 кВт тепловой энергии. Тепловые насосы применяют, чтобы отапливать дома, готовить горячую воду, охлаждать или осушать воздух в комнатах, вентилировать помещения. 1. Конденсатор 2. Капилляр 3. Испаритель 4. Компрессор, получающий энергию от электрической сети Кроме того, во внутреннем контуре имеется: терморегулятор, являющийся управляющим устройством и хладагент, циркулирующий в системе газ с определёнными физическими характеристиками Цикл работы теплового насоса заключается в следующем (см. Рис. 2.1.)
Отбор тепла из окружающей среды. В испарителе находится жидкая рабочая среда при низком давлении. Уровень температур тепла окружающей среды на испарителе выше соответствующей давлению температуры кипения рабочей среды (жидкость подбирается такой, что может закипать даже при минусовой температуре). За счет этого перепада температур происходит передача тепла окружающей среды рабочей среде, которая при этом кипит и испаряется. Требуемое для этого тепло отбирается от источника тепла. Повышение температуры в компрессоре. Парообразная рабочая среда постоянно отсасывается компрессором из испарителя и сжимается. При сжатии сильно повышаются давление и температура пара до 90-1000С. Отдача тепла системе отопления. Из компрессора парообразная рабочая среда попадает в конденсатор, омываемый теплоносителем. Температура теплоносителя ниже температуры конденсации рабочей среды, за счет чего пар охлаждается и сжижается (конденсируется). Поступившая в испаритель энергия (тепло) и дополнительно подведенная за счет работы компрессора электрическая энергия высвобождается в конденсаторе в результате конденсации и отдается теплоносителю. Замкнутый цикл. Затем рабочая среда подается через расширительный клапан обратно в испаритель. Давление рабочей среды снижается с высокого уровня в конденсаторе до низкого уровня в испарителе. При входе в испаритель снова обеспечиваются начальное давление и начальная температура. На этом цикл замыкается. Для рационального использования тепла окружающей среды в качестве источников тепла в распоряжении имеются грунт, вода и окружающий воздух. Все они накапливают солнечную энергию, в результате чего посредством этих источников тепла косвенно используется солнечная энергия. Для практического использования этих источников тепла необходимо принять во внимание следующие критерии: · достаточное наличие, · как можно более высокая аккумулирующая способность, · как можно более высокий уровень температур, · достаточная регенерация, · экономичное получение, · низкие затраты на техническое обслуживание. Грунт обладает способностью аккумулировать солнечную энергию в течение длительного периода времени, что обеспечивает сравнительно равномерную температуру источника тепла в течение года и, тем самым, высокий к.п.д. работы теплового насоса. Температура в верхних слоях почвы меняется в зависимости от сезона. Ниже границы замерзания эти температурные колебания значительно снижаются. Накопленное в грунте тепло извлекается посредством горизонтально проложенных геотермических теплообменников, называемых также земляными коллекторами, или посредством вертикально проложенных теплообменников, так называемых земляных зондов. Тепло окружающей среды передается смесью воды и антифриза (рассолом), температура замерзания которой должна составлять примерно -15°C (принять во внимание данные изготовителя). Благодаря этому рассол не замерзает в процессе работы.
Рис. 2.2. Теплогенерация при использовании земляных зондов.
Вода хорошо аккумулирует солнечное тепло. Даже в холодный зимний период грунтовые воды имеют постоянную температуру от +7 до +12°C. В этом заключается преимущество данного источника тепла. Вследствие постоянного температурного уровня этого источника тепла к.п.д. теплового насоса в течение всего года остается высоким. Воздух как источник тепла наиболее прост в использовании, имеется повсюду и в неограниченном количестве. При этом в большинстве случаев можно использовать только наружный воздух. Использование внутреннего воздуха зданий в качестве источника тепла для отопления жилых сооружений, как правило, исключается. Это целесообразно лишь в особых случаях, например, при промышленном использовании тепла отходящих газов.
В Швеции уже сейчас около 60% необходимого для теплоснабжения тепла получает от теплонасосных установок.. В Швеции работают две самые мощные ТНС на 320 и 200 МВт; обе на низкопотенциальном тепле Балтийского моря, температура воды которого в отопительный период составляет всего 5-6 °С. И в других развитых странах - США, Швейцарии, Японии, Франции и т.д. - развитие теплонасосного теплоснабжения подтверждает прогнозы МИРЭК. В расчете на единицу тепла Qт исходного топлива ТЭС или двигатели внутреннего сгорания (ДВС) производят мощность N = Qт • h, где h - КПД ТЭС или ДВС. Если эта мощность будет затрачена на привод ТН, то тепловой насос отберет от низкопотенциального источника тепло Qнп и передаст потребителю при необходимой ему температуре количество тепла Qпт = N • j, где j - коэффициент преобразования ТН. В результате потребитель получит тепло в количестве: Qпт = Qт • h • j Из формулы видно, что если произведение h • j > 1, то Qпт > Qт.
|
