Тепловой насос

 

 

 

 

Слайд лекция

 

 

             Разработал:  студент группы ТЭ-05

        Алпатов Никита

Под руководством:  1) старшего преподавателя     Онищенко О.Н.

                                      2) доцента кафедра ПТЭиМТ

        Набоко Е.П.

 

г. Темиртау, 2008г.

"Тепловые насосы"

 

 

 

 

Тепловой насос - это компактная экономичная и экологически чистая установка, для системы отопления и горячего водоснабжения, а также источник холода для системы кондиционирования работающие за счет аккумулирования тепла от

низкопотенциальных 

 

Что такое тепловой насос?

 

 

 

 

 

 

источников (это грунтовые

и артезианские воды, озера,

моря, грунтовое тепло, тепло

земных недр) и переноса его 

к теплоносителю с более 

высокой температурой.

 

 

 

 

 

Применение

 

 

•   в качестве системы автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, для теплоснабжения и горячего водоснабжения индивидуального жилья
• для горячего водоснабжения
• для охлаждения помещений любого рода: хранилищ, погребов, и т.д

 

 

 

 

 

•  применение теплового насоса целесообразно для вентиляции коттеджа, деревенского дома, загородного дома, для вентиляции промышленных помещений

для удаления из помещений излишней влажности

• для охлаждения технологического оборудования предприятий

 

 

 

 

 

 

 

• к отдельной функции тепловых насосов OCHSNER можно отнести функцию регенерации тепла. Прибор может забирать тепло воздуха из хлевов, конюшен, промышленных помещений, от холодильных установок, а также тепло сточных вод и использовать его в полезных целях

 

 

 

 

Устройство теплового насоса

 

 

Схематично тепловой насос можно представить в виде системы из трех замкнутых контуров: в первом, внешнем, циркулирует теплоотдатчик (теплоноситель, собирающий теплоту окружающей среды), во втором — хладагент (вещество, которое испаряется, отбирая теплоту теплоотдатчика, и конденсируется, отдавая теплоту теплоприемнику), в третьем — теплоприемник (вода в системах отопления и горячего водоснабжения здания).

 

 

 

 

 

Внешний контур (коллектор) представляет собой уложенный в землю или в воду (напр. полиэтиленовый) трубопровод, в котором циркулирует незамерзающая жидкость — антифриз.

 

Источником низкопотенциального тепла может служить грунт, скальная порода, озеро, река, море и даже выход теплого воздуха из системы вентиляции какого-либо промышленного предприятия.

 

 

 

 

 

Во второй контур, где циркулирует хладагент, как и в бытовом холодильнике, встроены теплообменники — испаритель и конденсатор, а также устройства, которые меняют давление хладагента — распыляющий его в жидкой фазе дроссель (узкое калиброванное отверстие) и сжимающий его уже в газообразном состоянии компрессор.

 

 

 

 

 

 

 

Источники энергии

 

 

По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: «грунт—вода», «вода—вода», «воздух—вода», грунт—воздух», «вода—воздух», «воздух—воздух».

При использовании в качестве источника тепла энергии грунта трубопровод, в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на глубину 1 м. Минимальное расстояние между трубами коллектора-0,8-1 м.

 

 

 

 

Источником энергии может быть грунт, скальная порода, озеро, вообще любой источник тепла с температурой - 1 градус Цельсия и выше, доступный в зимнее время. Это может быть река, море, выход теплого воздуха из системы вентиляции или какого-либо промышленного оборудования.

 

 

 

 

При использовании в качестве источника тепла скалистой породы трубопровод опускается в скважину. Не обязательно использовать одну глубокую скважину, можно пробурить несколько не глубоких, более дешевых скважин, главное получить общую расчетную глубину.

Для предварительных расчетов можно использовать следующее соотношение – на 1 метр скважины приходится 50-60 Вт тепловой энергии.

 

Скважина

 

 

 

 

 

 

Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной 170 метров.

 

 

 

 

При использовании в качестве источника тепла участка земли трубопровод 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

 

Земляной контур

 

 

 

 

 

 

является помехой – это приводит лишь к увеличению длины контура.

 

 

 

 

При использовании в качестве источника тепла воды ближайшего озера, реки контур укладывается на дно. Этот вариант является идеальным с любой точки зрения – короткий внешний контур, «высокая» температура окружающей среды (температура воды в водоеме зимой всегда положительная), высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом.

Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр

 

Водоём

 

 

 

 

 

 

трубопровода 30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длинной 300 метров.

Для того чтобы трубопровод не всплывал, на 1 погонный метр трубопровода устанавливается около 5 кг груза.

 

 

 

 

Для получения тепла из теплого воздуха, например, из вытяжки системы вентиляции, устанавливается специальная модель теплового насоса с воздушным теплообменником. Тепло из воздуха для системы отопления и горячего водоснабжения также можно собирать на производственных предприятиях, например, на хлебопекарнях, предприятиях по производству керамики и т.п. предприятиях с большим количеством вырабатываемого

 

Теплый воздух

 

 

 

 

 

 

теплого воздуха.

Кстати, тепловой насос вырабатывает тепло не только в отопительный период, тепло для системы горячего водоснабжения вырабатывается круглый год. А для среднего загородного дома затраты на приготовление горячей воды составляют около 15-20 процентов.

 

 

 

 

Типы и параметры ИНТ 

 

 

В качестве ИНТ (источника низкопотенциального тепла) чаще всего выступают водопроводная вода, грунт, морская и речная вода, канализационные стоки и т.д. Широко используются низко-потенциальные ВЭР предприятий. Иногда между ИНТ и тепловым насосом необходимо применять промежуточный контур.

 

 

 

 

18..25

 

воздух

 

Вытяжной воздух

 

-8..15

 

воздух

 

Окружающий воздух

 

10..17

 

вода

 

Канализационные стоки

 

1..10

 

антифриз

 

Речная вода

 

6..10

 

вода

 

Вода с водозабора

 

2..10

 

антифриз

 

Грунт

 

8..15

 

вода

 

Грунтовые воды

 

Температура источника, °С

 

Среда промежуточного контура

 

ИНТ

 

 

 

 

Типы устройств 

 

тепловых насосов

 

 

Геотермальный тепловой насос с 

открытым циклом (open loop)

 

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 ТН с открытым циклом может быть наиболее экономичным типом геотермальной системы.

 

 

 

 

 

Геотермальный тепловой насос с водоемным циклом (pond loop)

 

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.

 

 

 

 

 

Геотермальный тепловой насос с 

горизонтальным теплообменником

 (horizontal loop)

 

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.

 

 

 

 

 

Геотермальный тепловой насос с

 вертикальным теплообменником

(vertical loops) 

 

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.

 

 

 

 

КПД тепловых насосов

 

 

Тепловой насос способен, используя высокопотенциальные источники энергии, «накачать» в помещение от 200 % до 600 % низкопотенциальной тепловой энергии. В этом нет нарушения закона сохранения энергии.

Поэтому применение тепловых насосов для обогрева помещений гораздо эффективнее газовых котлов. Современные газотурбинные установки на электростанциях имеют КПД, существенно

 

 

 

 

превышающий КПД газовых котлов. В результате при переходе электроэнергетики на современное оборудование и при применении тепловых насосов можно получить экономию газа до 10 раз в сравнении с газовыми котлами.

 

 

 

 

Эксплуатациооные расходы

 

 

Преимущества тепловых насосов в сравнении с газовым отопительным оборудованием. Эксплутационные расходы (пример: 180 м² отапливаемой площади)

 

 

 

 

Гарантия 3 года

 

Гарантия 1 год

 

Стоимость сервисного обслуживания — 100$ в год

 

Стоимость сервисного обслуживания — 300$ в год

 

Годовые затраты на отопление — 2040 р

 

Годовые затраты на отопление — 2040 р

 

Стоимость 1 кВт — 0,4 р

 

Стоимость 1 м³ газа — 0,3 р

 

Потребление тока в час — 3 кВт

 

Потребление газа — 4 м³

 

Количество рабочих часов за сезон — 1700

 

Количество рабочих часов за сезон — 1700

 

ТЕПЛОВОЙ НАСОС

 

ГАЗОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

 

 

 

 

Срок эксплуатации теплового насоса не ограничивается даже 50-ю годами, в то время как газовое отопительное оборудование требует постоянной смены горелок с периодичностью в 3-5 лет. Стоимость одной горелки составляет 1000-1500$.

 

 

 

 

Газовое отопительное оборудование требует постоянного обслуживания, в противном случае оно становится опасным. Печальная статистика пожаров и несчастных случаев связанных с газовым и дизельным отопительным оборудованием растет с каждым днем.

 

 

 

 

Преимущества тепловых насосов

 

 

•   Высокая эффективность преобразования электроэнергии по сравнению с электронагревательными приборами.
• Экологически чистая технология.
• Отсутствие выбросов в атмосферу вредных веществ и углекислоты.
• Используется озонобезопасный вид фреона.
• Надежная автоматическая работа установки, не требующая постоянного присутствия человека.
• Минимальные эксплуатационные расходы по сравнению с другими отопительными системами.
• Длительный срок службы без капитального ремонта (10-20 лет: 45 тыс. часов для ТН с поршневым компрессором; 60 тыс. часов для ТН с винтовым компрессором).