ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ «РЕГИОНАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ И

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ САМАРСКОЙ
ОБЛАСТИ «РЕГИОНАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ И
ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ»
БЮЛЛЕТЕНЬ
«ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ»
Девятнадцатый выпуск
2013 год
Уважаемый читатель!
В
данном
выпуске
информационного
бюллетеня
представлены
сведения о тепловом насосе - многофункциональном приборе, который
сочетает в себе функции источника горячего водоснабжения, отопительного
котла и кондиционера.
Тепловой насос осуществляет трансформацию тепловой энергии с
низкопотенциального
температурного
уровня
на
более
высокий,
необходимый потребителю. При этом на привод компрессора затрачивается
механическая
(электрическая)
энергия.
Соотношение
вырабатываемой тепловой энергии
и
потребляемой
называется
электрической
коэффициентом
трансформации
(или
коэффициентом
преобразования
теплоты) и служит показателем
эффективности теплового насоса. В
наиболее
теплонасосных
распространенных
системах
достигает 3 и более.
он
Рисунок 1 - Схема парокомпрессионного теплового
насоса;
КМ – компрессор; К – конденсатор; Др– дроссель;
И – испаритель.
Тепловой насос должен использовать по возможности большее
количество энергии источника низкопотенциального тепла, не вызывая при
этом его сильного охлаждения, поскольку при этом достигается наибольшая
эффективность рабочего цикла теплового насоса. Вследствие этого масса
низкотемпературного источника тепла должна быть многократно большей,
чем нагреваемая масса рабочего вещества.
Принципиальная
схема
парокомпрессионного
теплового
насоса
изображена на рисунке 1, а
на рисунке 2 представлен
его
термодинамический
цикл.
Работа
теплового
насоса осуществляется за
счет
подводимой
к
электроприводу
компрессора
электроэнергии. В процессе
Рисунок 2 - Термодинамический цикл
парокомпрессионного теплового насоса;
Рк , ТК − давление и температура в конденсаторе;
Р0 , Т0 − давление и температура на входе в компрессор.
1-2
(в
повышается
компрессоре)
давление
рабочего вещества с Р0 до
РК . Затем в процессе 2-3 (в
конденсаторе) при постоянном давлении РК происходит охлаждение и
конденсация рабочего вещества с отводом тепла 𝑄В , которое передается
потребителю. В процессе 3-4 происходит расширение (дросселирование)
рабочего вещества с РК до Р0 , а в процессе 4-1 в испарителе рабочее
вещество испаряется при Т0 за счет подведенного от низкотемпературного
источника тепла 𝑄В . Это количество тепла, как было сказано выше,
трансформируется на температурный уровень ТК (передается потребителю).
Типы тепловых насосов
В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются
на компрессионные и абсорбционные. Компрессионные тепловые насосы
приводятся в действие за счет механической энергии, вырабатываемой с
помощью электропривода.
Абсорбционный тепловой насос содержит испаритель и конденсатор,
которые работают точно так же, как в парокомпрессионном цикле. Теплота
от низкотемпературного источника подводится к испарителю, вызывая
кипение хладоагента при низком давлении. Полезное тепло отводится от
конденсатора, внутри которого происходит конденсация при высоком
давлении.
В
абсорбционном
цикле
по
существу
используется
дополнительный контур, в котором циркулирует жидкий абсорбент, или
растворитель. Испарившийся хладоагент поглощается им при низком
давлении. Затем образовавшаяся смесь специальным насосом перекачивается
в область высокого давления, где к ней подводится тепло, и вследствие этого,
несмотря на высокое давление, пары хладоагента выделяются из жидкости.
Поскольку
смесь
жидкого
абсорбента
и
хладоагента
практически
несжимаема, затраты мощности на привод насоса, обеспечивающего ее
циркуляцию, пренебрежимо малы.
В зависимости от источника из которого осуществляется отбор тепла
тепловые насосы подразделяются на:
1) Геотермальные (используют тепло грунта, поверхностных либо
подземных грунтовых вод):
а) замкнутого типа
-с горизонтальными коллекторами, размещаемыми кольцами или
извилисто в горизонтальных траншеях ниже глубины промерзания грунта
(обычно от 1,20 м и более). Такой способ размещения коллектора является
наиболее экономически эффективным для жилых объектов при условии
отсутствия дефицита земельной площади под его контур;
-с вертикальными коллекторами, размещаемыми вертикально в
скважинах глубиной до 200 м. Этот способ применятся в случаях, когда
площадь земельного участка не позволяет разместить контур горизонтально
или существует угроза повреждения ландшафта;
-с водными коллекторами, размещаемыми извилисто либо кольцами в
водоеме (озере, пруду, реке) ниже глубины его промерзания. Это наиболее
дешевый вариант, но при проектировании необходимо учитывать требования
по минимальной глубине водоема и объёму воды в нем для конкретного
региона.
б) открытого типа, использующие в качестве низкопотенциального
теплоносителя воду, забираемую из внешнего источника и возвращаемую в
него после прохождения через систему геотермального теплового насоса.
Этот вариант возможно реализовать на практике лишь при наличии
достаточного количества относительно чистой воды и при условии, что такой
способ использования грунтовых вод не запрещён законодательством.
2) Воздушные (используют тепло воздуха вентиляционных систем ).
3) Использующие пригодное для утилизации (вторичное) тепло
потоков жидкости и газа технологических промышленных установок.
В зависимости от вида теплоносителя во входном и выходном контурах
насосы подразделяются на шесть типов:
«грунт—вода»;
«вода—вода»;
«воздух—вода»;
«грунт—воздух»;
«вода—воздух»;
«воздух—воздух».
Для принятия обоснованного решения по выбору и установке
теплового насоса необходимо выполнить следующие действия:
1.
Определить потребное количество тепла Q, необходимое для
создания комфортных условий (отопление и вентиляция) в помещениях
объекта, для которого планируется установить тепловой насос, а также
количество тепла необходимое для горячего водоснабжения.
2.
Определить располагаемый потенциал имеющихся источников
энергии:

тепло грунта и водоёмов;

тепло сбросных сточных вод;

тепло систем оборотного водоснабжения;

тепло вентиляционного воздуха.
3.
Выбрать
источник
низкопотенциального
тепла
для
теплонасосной установки и оптимальный вариант её схемы, позволяющий
наиболее эффективно использовать низкопотенциальное тепло.
4.
Определить температуру испарения рабочего тела теплового
насоса.
5.
Определить коэффициент преобразования теплоты.
6.
Определить потенциальную тепловую мощность теплового
насоса QТН.
Рассчитанное значение QТН сравнивается со значением Q. Если QТН ≥
Q, то в дальнейших расчетах тепловая мощность теплового насоса QТН
принимается равной Q. Если QТН ≤ Q, то в этом случае необходимо увеличить
величину
Q
за
счет
использования
дополнительных
источников
низкопотенциальной энергии (пункт 2).
7.
Определить
электрическую
мощность
необходимую
для
обеспечения функционирования теплового насоса.
Далее производится подбор теплового насоса. Тепловая мощность
имеющихся на современном рынке теплонасосных установок составляет от 1
до 100 кВт. Выбирается базовый тепловой насос с учетом особенностей
эксплуатации объекта, определяется их необходимое количество.
8.
Выполнить
технико-экономическое
обоснование
проекта
внедрения теплового насоса на объекте для целей его отопления и горячего
водоснабжения.
Для адекватного ответа на вопрос о целесообразности использования
теплового насоса следует выполнить сравнительный анализ техникоэкономических характеристик различных вариантов обеспечения теплом
выбранного объекта, предусматривающих использование как установок
традиционной энергетики (централизованная система теплоснабжения,
автономные котлы на органическом топливе, электрокотлы), так и тепловых
насосов.
Методика технико-экономического обоснования вариантов создания
системы
теплоснабжения
специалистами
на
базе
федерального
тепловых
насосов,
разработанная
государственного
бюджетного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
"Самарский
государственный
аэрокосмический
университет
имени
академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)",
размещена на сайте государственного бюджетного учреждения Самарской
области "Региональное агентство по энергосбережению и повышению
энергетической эффективности": www.raepe-so.ru. (раздел: "Документы",
подраздел: "Возобнавляемые источники энергии").
443001, г. Самара, ул. Садовая, д. 200
Телефон/факс: (846) 342-63-30, www.raepe-so.ru, mail@raepe-so.ru
Директор ГБУ СО «РАЭПЭ» Андрей Сергеевич Чибисов
Бюллетень «ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ»
Учредитель – государственное бюджетное учреждение Самарской области «Региональное агентство
по энергосбережению и повышению энергетической эффективности»
Главный редактор – Бобров В.В.
Выпуск девятнадцатый, дата выхода в свет – указать дату
Тираж – 4553 экз. Распространяется бесплатно.
Адрес редакции, издателя – 443001, г. Самара, ул. Садовая, 200
Адрес типографии –
Бюллетень зарегистрирован Управлением Федеральной службы по надзору в сфере связи,
информационных технологий и массовых коммуникаций по Самарской области. Свидетельство ПИ № ТУ63
– 00401 от 15.12.2011