Тепловые насосы
Введение Тепловые насосы представляют собой компактные экономичные и экологически чистые системы отопления, позволяющие получать тепло для горячего водоснабжения и отопления коттеджей за счет использования тепла низкопотенциального источника (грунтовых, артезианских вод, озер, морей, грунта, земных недр) путем переноса его к теплоносителю с более высокой температурой. Основное отличие от всех остальных источников тепла заключается в исключительной возможности использовать возобновляемую энергию накопленную за летний сезон из земли.
Тепловой насос • Тепловой насос - это компактные отопительные установки, предназначенные для автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений. Основное отличие от всех остальных источников тепла заключается в исключительной возможности использовать возобновляемую энергию накопленную за летний сезон из земли.
По прогнозам Мирового энергетического комитета (МИРЭК), примерно к 2020 году большинство развитых стран мира перейдет к теплоснабжению посредством тепловых насосов. Эти устройства уже более четверти века с успехом используют в быту и промышленности в Соединенных Штатах и Европе. Причем во многих городах работают сотни крупных сооружений, обладающих мощностью, как средней величины ТЭЦ. Сегодня теплонасосы обеспечивают теплом Стокгольм, используя в качестве низкопотенциального источника Балтийское море с температурой воды всего +8°C! Теплонасосы обеспечивают в Швеции половину всего тепла, в США – 37%, в России же – всего 0, 1%.
История применения тепловых насосов • Цикл Карно назван в честь французского физика Сади Карно, который впервые его исследовал в 1824 году • Концепция тепловых насосов была разработана в 1852 году выдающимся британским физиком и инженером Уильямом Томсоном (Лордом Кельвином) и в дальнейшем усовершенствована и детализирована австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером (Peter Ritter von Rittinger. • 1912 - в Швейцарии выдан патент на технологию тепловых насосов. • 1930 - введен в работу первый тепловой насос в США, который был установлен в здании объединенной штаб-квартиры освещения в New Haven, штат Connecticut. • 1939 – введен в работу первый тепловой насос большой мощности в Европе в Цюрихе. • 1945 – первый английский тепловой насос большой мощности для крупного здания объемом 14200 м 3 был установлен в городе Норвич. • 1952 - в США выпущено 1000 тепловых насосов. • 1954 - вдвое больше, 1957 - в 10 раз больше, 1963 - выпущено уже 76000 тепловых насосов • Энергетический кризис 1973 и 1978 годов дает толчок к развитию систем отопления, охлаждения и горячего водоснабжения с применением тепловых насосов.
• Любой теплонасос состоит из трех основных агрегатов: теплообменника (испарителя), компрессора (повышающего давление) и конденсатора. Эти агрегаты связаны между собой замкнутым трубопроводом. В системе трубопровода циркулирует хладагент, который в одной части цикла представляет собой жидкость, а в другой – газ. При каждом теплонасосе необходимо наличие источника тепла, температура которого настолько низка (0– 25°C), что его невозможно использовать непосредственно.
Источниками тепла для тепловых насосов в течение отопительного периода могут быть: 1)Окружающий воздух 2)вода водоемов 3)теплота грунта( поверхностные и глубинные слои земли) 4)низкопотенциальные тепловые ресурсы сточных вод коммунально-бытовых и промышленных предприятий. 5)Грунтовые и подземные воды
Типы тепловых насосов • В зависимости от принципа взаимодействия рабочих сред различают открытый цикл и замкнутый цикл. • В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются на компрессионные и абсорбционные. Компрессионные тепловые насосы всегда приводятся в действие с помощью механической энергии (электроэнергии), в то время как абсорбционные тепловые насосы могут также использовать тепло в качестве источника энергии (с помощью электроэнергии или топлива).
• В зависимости от источника отбора тепловые насосы подразделяются на: • Геотермальные (используют тепло земли, наземных либо подземных грунтовых вод) • а) замкнутого типа теплоноситель прокачивается через замкнутый контур, который может быть проложен глубоко в земле или по дну водоема. Это более экологически безопасный метод, чем открытый цикл; б) открытого типа • Теплоноситель подается непосредственно из водоема и после прохождения цикла охлажденным возвращается обратно; • Воздушные (источником отбора тепла является воздух) • Использующие производное (вторичное) тепло (например, тепло трубопровода центрального отопления). Подобный вариант является наиболее целесообразным для промышленных объектов, где есть источники паразитного тепла, которое требует утилизации.
Тепловой насос с горизонтальным контуром
• Грунтовый источник - близкорасположенное тепло. В поверхностном слое земли накапливается тепло за лето, эту энергию также можно использовать для отопления. При использовании в качестве источника тепла энергии грунта трубопровод, в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на 30 -50 см ниже уровня промерзания грунта в данном регионе. На практике 1. 4 - 2, 2 метра. Минимальное рекомендуемое производителями расстояние между трубами коллектора - 1, 5 метра, минимум - 1, 2. Здесь Не требуется бурение, но требуются более обширные земельные работы на большой площади, и трубопровод более подвержен риску повреждения. Эффективность такая же, как при отборе тепла из скважины. Специальной подготовки почвы не требуется. Но желательно использовать участок с влажным грунтом, если же он сухой, контур надо сделать длиннее. Для установки теплового насоса производительностью 10 к. Вт необходим земляной контур длиной 350 -450 м, для укладки которого потребуется участок земли площадью около 400 м² (20 х20 м). При правильном расчёте контур не влияет на зелёные насаждения. • Такой способ является наиболее экономически эффективным для жилых объектов при условии отсутствия дефицита земельной площади под контур.
Тепловой насос с вертикальным контуром
• Земные недра являются бесплатным теплоисточником, поддерживающим постоянную температуру круглогодично. • Буровые работы займут один день. Скважина должна быть гдето в пределах 60 -200 м. в глубину. Ее ширина 10 -15 см. Обычно такая схема используется для мощных систем отопления. U - образные трубы размещаются в скважинах и коммутируются в последовательно-параллельный контур. Вертикальный контур требует меньшего количества труб, т. к. температура грунта увеличивается с глубиной, и на глубинах более 8 м вообще не подвержена сезонным колебаниям. Объем восстановительных работ после бурения незначителен, влияние скважины- минимально. Установка не оказывает влияния на уровень грунтовых вод, так как грунтовые воды не задействованы в процессе. Благодаря теплу, эффективность такого насоса получается довольно высокой. Примерные цифры таковы, что затрачивая 1 к. Вт электрической энергии на перемещение жидкости в грунт и обратно, Вы получаете 4 -6 к. Вт энергии на отопление. • Установка может быть внедрена на участке земли малой площади
Вода открытых водоёмов
• Задействование в качестве источника тепла воды ближайшего водоема или реки – идеальный вариант. • Обратите внимание, что чем глубже проложен трубопровод, тем меньше риск его повреждения. • При использовании в качестве источника тепла близлежащего водоёма контур укладывается на дно. Глубина не менее 2 метров. Коэффициент преобразования энергии тепловым насосом такой же как при отборе тепла от грунта. Ориентировочное значение тепловой мощности на 1 м трубопровода — 30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 к. Вт необходимо уложить в озеро контур длиной 300 м. Чтобы трубопровод не всплывал, на 1 пог. м устанавливается около 5 кг груза. Промышленные образцы: 70 — 80 к. Вт*ч/м в год. • Если тепла из внешнего контура всё же недостаточно для отопления в сильные морозы, практикуется эксплуатация насоса в паре с дополнительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использовании бивалентной схемы отопления).
Атмосферный воздух
• Эффективность и выбор определённого источника тепловой энергии сильно зависит от климатических условий, особенно, если источником отбора тепла является атмосферный воздух. По сути этот тип более известен в виде кондиционера. В жарких странах таких устройств десятки миллионов. В силу технических причин, теплонасосные установки с воздушным контуром имеют серьезное ограничение в применении: минимальная температура наружного воздуха -20 градусов Цельсия. , начиная с температуры наружного воздуха 10 градусов, установка ступенями подключает электрические ТЭНы, т. к. коэффициент преобразования (КПД теплового насоса) снижается. И, таким образом, при температуре 20 градусов и ниже, по сути, работает только электрический нагрев. • Наиболее нестабильный источник – атмосферный воздух. Кратковременно в России температуры воздуха могут сильно опускаться. Поэтому необходим резервный пиковый источник энергии (обычно это электрокотел).
Низкопотенциальные тепловые ресурсы сточных вод коммунально-бытовых и промышленных предприятий • Кроме вышеперечисленных источников, теплонасосная установка может использовать тепловые сбросы самого жилья для отопления и горячего водоснабжения: сбросную воду, а также вентиляционные выбросы и дымовые газы. В последнем случае вытяжная система должна быть оборудована действующим вентиляционным агрегатом. Такая комбинация улучшает вентилирование дома и уменьшить плесень, сырость, загазованность радоном.
Грунтовые воды
Грунтовые воды • Более экономичным вариантом использования геотермальной энергии является открытая схема циркуляции грунтовых вод. Для создания такой схемы бурят как минимум две скважины, одна из которых служит напорной, а вторая дренажной. Грунтовые воды из первой скважины прокачивают через теплообменник ТН (или через промежуточный теплообменник), где они отдают тепло в испаритель ТН, а затем сливаются обратно в водоносный горизонт через дренажную скважину. Съем энергии в такой схеме составляет порядка 5 к. Вт на каждый куб. м/час расхода воды. Для обеспечения необходимого дебета может понадобиться дополнительное количество скважин.
Достоинства и недостатки Достоинства: - высокая энергоэффективность (на 1 к. Вт электроэнергии 2, 5 - 5 к. Вт тепловой, КПД 300 -400 %) - компактность основного модуля (размером с однокамерный холодильник) - экологичность (отсутствуют выбросы вредных веществ в атмосферу(СО 2) - нет специальных условий для помещения под установку (нет требования по организации вентиляции, может быть установлен в подвальном помещении) - простата эксплуатации (не требуется никаких специальных навыков) - -Безопасность (Нет открытого пламени, нет выхлопа, нет сажи, нет запаха солярки, исключена утечка газа, разлив мазута. Нет пожароопасных хранилищ для угля, дров, мазута или солярки) - -Комфорт(Бесшумный) - -Широкий диапазон мощностей (Viessman от 5. 9 до 117. 8 к. Вт)
Недостатки: - необходимость установки дополнительного обогревателя для помощи системе в период сильных холодов - высокая стоимость первоначальных вложений (стоимость установки, оборудования и работ по монтажу
Производители: • • STIEBEL-ELTRON(Герм. ) VAILLANT (Герм. ) VIESSMANN (Герм. ) DIMPLEX (Герм. ) WATERKOTTE (Герм. ) IVT(Швеция) MECMASTER(Швеция) • • • NIBE(Швеция) HELIOTHERM(Австрия) FHP(США) PZP(Чехия) DISMY(Китай) AIRPAC(Франция)
Скачать презентацию Тепловые насосы Введение Тепловые насосы представляют собой
вика презентация.pptx