Вы находитесь: Главная >> Энергосбережение от возобовляемых источников энергии >>Тепловые насосные установки
А знаете ли Вы, что
При воздушном отоплении, расход газа на 25% меньше
Хотите спросить?
Ваше ФИО:
Электронная почта:
Ваш вопрос:
Спросить
Тепловые насосные установки (ТНУ)

Особенности применения тепловых насосов (ТНУ) для отопления зданий

Тепловые насосы довольно надежные устройства. Срок эксплуатации компрессора и теплообменного контура около 30 лет. Практика применения тепловых насосов показала, что их агрегаты и автоматика практически не выходят из строя в течение всего срока эксплуатации стоимость получаемого тепла в 2,5 раза ниже, чем тепло от индивидуальных газовых котельных и в 3 раза ниже, чем стоимость тепла от централизованной системы отопления.
Тепловой насос - это холодильник наоборот. Основная задача теплового насоса - забрать тепло из прохладной внешней среды и передать его в помещение. Внешняя среда при этом может быть разная: водоем, море, теплые канализационные стоки, грунт, теплый воздух вытяжной вентиляции.
Принцип работы теплового насоса:
- в замкнутом контуре циркулирует хладоагент с низкой температурой испарения, который испаряется во внешнем теплообменнике при низком давлении и температуре. При испарении происходит охлаждение теплообменника и тепло забирается из внешней среды.
- компрессор теплового насоса сжимает пары и перекачивает их во внутренний теплообменник. При прохождении через сопло расширителя давление и температура пара резко падают, происходит конденсация теплоносителя на стенках теплообменника с передачей ему тепла.
- от теплообменника нагревается воздух в помещении или подогревается вода в системе отопления. В качестве теплоносителя обычно используется 30%-й раствор пропиленгликоля или этиленгликоля, фреоны, пропан, реже - спиртовые растворы.

Задача ТНУ накачать тепло, используя электроэнергию для привода компрессора. Поэтому тепловой насос оценивается коэффициентом преобразования теплоты (Е.Е.С.). То есть, сколько тепловой энергии (кВт*ч) вырабатывает тепловой насос на 1 кВт*ч затрачиваемой электрической энергии. Обычно этот коэффициент от 2,5 до 5. Выбор внешней среды для работы ТНУ, теплообменников, схемы их расположения и укладки трубопроводов - дело специалиста.
Конструктивные особенности существенно влияют на эффективность работы теплового насоса.

Во внешнем контуре теплового насоса обычно проблем с температурой не возникает. По экономическим причинам не имеет смысла выхолаживать воздух с отрицательной температурой, но очень выгодно забирать тепло из канализационных стоков, с придонной части прудов и озер, а также из других непромерзающих водоемов, болот. Поскольку температура этих источников практически постоянна, считается, что для теплового насоса это неограниченный источник тепла. Теплообменники для водных источников подбираются исходя из расчета съема тепловой энергии 30Вт*ч на 1 погонный метр трубы теплообменника. Фиксация теплообменника в придонной части обеспечивается грузом 5 кг на 1 метр теплообменника.

При использовании в качестве источника тепла грунта, ситуация несколько сложнее. Расположение теплообменника в грунте дело довольно трудоемкое. Для нормальной работы теплообменника его нужно заглубить ниже слоя промерзания на глубину около 1 метра. Площадь расположения теплообменника для среднего дома около 400 м2, длина труб около 450 метров. Если заменить поверхностный теплообменник на вертикальный, то для его расположения необходимо будет пробурить скважину глубиной 50-70 метров, что очень дорого. Производитель гарантирует работу такого теплообменника до 100 лет. Структура грунтов различна, она определена географическим расположением проектируемых объектов, что оказывает существенное влияние на их теплопроводность. Вокруг теплообменников  грунт со временем  может изменять свой энергетический потенциал, что снижает эффективность работы ТНУ. Однако существуют технические способы свести последствия этой проблемы к нулю. Поэтому работы по проектированию, монтажу и сервисному обслуживанию ТНУ с грунтовым теплообменом (геотермальные ТНУ) должны выполняться профессиональной  компанией, имеющей многолетний опыт создания подобных систем.
Температура на выходе теплового насоса обычно не превышает 55оС. Поэтому тепловые насосы целесообразно использовать для подогрева теплоносителя обычной системы отопления и воды для ГВС или для подогрева полов системой отопления "Теплый пол" .      Подогрев воды для систем отопления и ГВС не вызывает затруднений и заметных затрат, поскольку 75-80% необходимого нагрева уже сделал тепловой насос.
Весьма эффективно применение ТНУ, если существует возможность использования тепла обратной магистрали центральной системы отопления (ЦСО). В этом случае применяются ТНУ с теплообменниками  вода-вода, которые забирают тепло из охлажденной до 40ОС воды, доводят ее до температуры 55ОС и подают на устройства теплообмена, установленные внутри здания. Дополнительно охлажденная вода в  ЦСО, возвращается в котельную и цикл повторяется. Такое применение ТНУ позволяет повысить эффективность работы ЦСО.
Существенным достоинством ТНУ является их реверсивный характер (в жаркий период тепловой насос можно использовать для охлаждения помещения). В этом случае, тепло из помещений отводится во внешний контур от специальных теплообменников, устанавливаемых внутри здания.
Перспективы применения тепловых насосов
Практика применения показывает, что обычно тепловой насос полностью обеспечивает потребности в тепле. Исключения составляют дни с холодной погодой, на которые приходится 2-8% необходимого дополнительного подогрева от котла или ТЭНа. Сроки окупаемости тепловых насосов оцениваются по – разному: от 2 до 6 лет. По всей видимости, это связано с применением субсидий на установку тепловых насосов в некоторых странах. В России стоимости тепла, вырабатываемого тепловым насосом конкурентна стоимость тепла от газовых котлов. Очевидно, это обстоятельство сдерживает внедрение тепловых насосов.

     По оценкам специалистов, в настоящее время в мире установлено около 100 миллионов тепловых насосов и ежегодно устанавливается еще порядка 20 миллионов.

  • в Швеции 50% всего отопления обеспечивают геотермальных ТНУ ;
  • в Стокгольме 12% всего отопления обеспечивается геотермальными ТНУ с общей мощностью 320 МВт, источник тепла - Балтийское море;
  • в Швейцарии эксплуатируется свыше 60000 ТНУ, что составляет примерно 30% от общего количества тепловых установок в жилых домах;
  • в США ежегодно производится более 1 млн. геотермальных ТНУ. Федеральное законодательство США, при строительстве новых общественных зданий, требует использовать геотермальные ТНУ в системах отопления;
  • в Японии ежегодно производится 3 миллиона ТНУ;
  • в Германии предусмотрена дотация государства в размере €30 на 1 кВт *ч установленной тепловой мощности ТНУ. Цена теплового насоса стала доступна большинству. Поэтому доля тепловых насосов в общем количестве тепловых установок составляет 2%, ежегодно устанавливается около 50 тысяч тепловых насосов. В основном в новостройках;.
  • в Китае 20% климатического оборудования составляют ТНУ.

     В России процесс применения тепловых насосов в самом начале. Общая мощность установленных ТНУ, несоизмеримо мала по сравнению с другими странами.
Судя по информационным источникам, тепловые насосы устанавливаются в основном в общественных зданиях. Тепловые насосы работают в  Краснодаре, Туапсе, Перми, Калининграде, Самаре, Пензе, Московской и Ленинградской областях. Тем не менее, процесс пошел. Стремительно растущая стоимость газа, стоимость технологического присоединения к тепловым и электрическим сетям, заставляют искать альтернативные источники автономного теплоснабжении. Утилизация тепловыми насосами энергии теплых сточных рек в городах и предприятиях, которые непрерывно и бесхозяйственно выбрасывают в атмосферу МВт*ч тепла является неограниченным  дополнительным источником теплоснабжения.
Комплексное применение современных  инженерных технологий позволяют свести к минимуму потребность частного дома в источниках внешней энергии (электричество, газ) сделать этот дом, в большей степени,  энергонезависимым.
Такой подход в современном строительстве приобретает все большую популярность среди продвинутых, думающих о комфортном и рациональном образе жизни, людей, новой генерации российских граждан.

В статье частично использованы материалы:  www.portal-energo.ru