экологически безопасные тепловые насосы

Промышленный и торговый холод / Тенденции
ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ
ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ
Др Карин ЯН, исполнительный
директор ассоциации Eurammon
Применяемые в частном
секторе тепловые насосы
обычно используют в качестве
источника низкопотенциаль
ного тепла геотермальное теп
ло или атмосферный воздух. В
крупных тепловых насосах
промышленных и торговых
предприятий можно приме
нять бросовое тепло холодиль
ных установок, кондиционе
ров, систем вентиляции и
сточных вод. Тепловые насосы
позволяют при том же расходе
энергии нагреть воду до более
высокой температуры и сни
зить эмиссию СО2.
Чтобы тепловые насосы ста
ли более экологичными, про
изводители оборудования все
шире используют природные
хладагенты, в том числе амми
ак, диоксид углерода и воду.
Как отмечает Моника Витт,
возглавляющая Eurammon,
эти хладагенты не только ней
16
тральны по отношению к кли
мату. К числу их убедительных
преимуществ относятся вели
колепные термодинамические
свойства и высокая экономи
ческая эффективность. Более
чем столетний опыт использо
вания в холодильной технике
доказал их надежность и без
опасность. С учетом растущего
значения энергоэффективнос
ти и сохранения природных
ресурсов в секторе тепловых
насосов расширяется примене
ние природных хладагентов.
Аммиачные тепловые насосы
Одну из самых крупных в Ев
ропе теплонасосных холо
дильных установок на аммиа
ке компания Jonson Controls
установила в самом большом
здании Швейцарии – центре
сортировки почтовой коррес
понденции в г.Мюллиген,
расположенном к североза
паду от Цюриха. Здание, где в
сутки перерабатывается до
4,5 млн писем, нуждается в
большом количестве тепла и
холода.
В качестве низкопотенциаль
ного используется тепло сточ
ных вод очистных сооружений,
расположенных неподалеку,
причем потенциал этого источ
ника энергии составляет около
266 млн кВт·ч в год. Холодопро
изводительность установки
4,3 МВт, теплопроизводитель
ность 5,6 МВт (при температу
ре выходящей горячей воды
62 оС). Около 50 % тепловой
энергии обеспечивается теп
лом сточных вод очистных со
оружений, еще 30 % – бросо
вым теплом системы кондици
онирования здания.
Если не требуется отапли
вать помещения, то теплота
сточных вод направляется для
отвода бросового тепла холо
дильной системы. Это особен
но характерно для летнего пе
риода, когда потребность в хо
лоде автоматической системы
сортировки писем возрастает
до 4,9 МВт.
Центр сортировки корреспонденции в Мюллигене – самое большое здание
в Швейцарии
№ 4/2010
Все аммиачное оборудова
ние размещается в машинном
отделении площадью около
70 м2. В режиме охлаждения
с температурой кипения 5 оС
и температурой конденсации
30 оС работают 3 поршневых
компрессора (могут эксплуа
тироваться и в самостоятель
ной холодильной системе без
использования бросового
тепла). В теплонасосном ре
жиме аммиак подвергается
сжатию пятью поршневыми
компрессорами высокого
давления, причем его темпе
ратура возрастает с 30 до
65 о С. Жидкость высокого
давления переохлаждается и
расширяется в два этапа (че
рез сосуд промежуточного
давления).
Коэффициент преобразова
ния теплонасосной системы
составляет 3,97 (без переохла
дителя). Система была приня
та в эксплуатацию в 2007 г. Ее
применение позволило сокра
тить расход органического
топлива на 85 %. При этом
эмиссия СО 2 снизилась на
3400 т/год.
Тепловые насосы на диоксиде
углерода
Созданный компанией Star
Refrigeration высокоэффектив
ный тепловой насос «вода–
вода» на диоксиде углерода с
транскритическим циклом
использует бросовое тепло
для получения горячей воды.
При работе в режиме холо
дильной машины тепловой
насос охлаждает воду с 12 до
6 оС (холодопроизводитель
ность 41 кВт). В режиме тепло
вого насоса в пластинчатом га
зоохладителе тепло сжатия
поршневого компрессора отво
дится для нагрева воды из сква
жины с 10 до 70 оС (теплопро
изводительность 50 кВт).
№ 4/2010
Коэффициент преобразо
вания установки составляет
более 3 для охлаждения и бо
лее 4 для нагрева. Установка
может монтироваться во
вновь возводимых или уже
существующих зданиях, для
чего подключается к сетям
охлажденной воды/гликоля и
горячей воды этих сооруже
ний. В комплект поставки
входят водяные насосы, об
легчающие циркуляцию жид
кости через испаритель и га
зоохладитель. Для повыше
ния производительности
можно соединить параллель
но или последовательно не
сколько модулей. Единич
ный модуль требует заправки
25 кг СО2; при монтаже необ
ходимо лишь подключить его
к водяным трубам и электри
ческой сети.
Горячая вода, получаемая в
таких тепловых насосах, либо
непосредственно направляет
ся в пищевое производство,
гостиницы, офисные здания и
больницы, либо аккумулиру
ется в накопителях.
Тепловые насосы на R723
С начала 2009 г. компания
Frigopol предлагает тепловые
насосы «воздух–вода» для
промышленного применения,
которые работают на природ
ном хладагенте R723 – смеси
аммиака и диметилового эфи
ра. Теплопроизводительность
насоса 24 кВт. Причем систе
ма позволяет получать воду с
температурой до 45 оС для ото
пления помещений и с темпе
ратурой до 65 оС для техноло
гических нужд.
В тепловой насос заправля
ется 3,5 кг R723. Ключевым
компонентом установки яв
ляется полугерметичный пор
шневой компрессор с частот
ным регулированием элект
родвигателя. Это позволяет
изменять производительность
в диапазоне 50–100 %, под
держивая, например, посто
янство температуры воды не
зависимо от температуры ок
ружающей среды.
Коэффициент преобразова
ния насоса 4,2 при температу
ре воздуха 7 оС, температуре
воды 35 оС. Одной из причин
его высокой эффективности
является то, что в контур горя
чей воды направляется и вода,
охлаждающая статор электро
двигателя, для чего на после
днем предусмотрен специаль
ный змеевик.
Кроме того, для оттайки ис
парителя через него прокачи
вается горячий газ, так что не
требуется расходовать на эти
цели горячую воду.
Тепловой насос компактен,
производит мало шума и уста
навливается вне помещения.
Типичными объектами для его
применения являются жилые
дома и предприятия малого
бизнеса.
Поддержка Евросоюза
«Приведенные примеры
свидетельствуют, что произ
водители тепловых насосов
активно работают над их ре
альными конструкциями, –
отмечает гжа Витт. – Допол
нительным импульсом для
технического прогресса в
этой области может послу
жить последняя директива
ЕС, принятая в июне 2009 г.
и направленная на расшире
ние использования возобнов
ляемых источников энергии.
В этом документе тепловые
насосы впервые официально
причислены к таким источ
никам».
ASHRAE Journal, т. 51,
№ 10/2009 г.
17