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).