Теплонасос

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ДОМАШНИЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС СТИРЛИНГА

В Голландии у Филипса в Вальдховене разрабатывается еще один тепловой насос. Здесь создана экспериментальная система отопления, обслуживающая два частных дома. Система включает небольшой газовый двигатель Стерлинга, описанный в гл. 2, при­водящий компрессор теплового насоса, заменяющий обычный ко­тел центрального отопления.

Теоретические и экспериментальные исследования Филипса показали, что эффективность теплового насоса с приводом от двигателя Стирлинга вдвое выше, чем у обычного газового котла.

В дополнение к теплонасосной установлена и обычная система центрального отопления, что позволяет провести прямое сравнение котла с тепловым насосом. Опыты проводят в течение двух-трех зимних сезонов с одновременной отработкой технологии двигателя Стирлинга. Достаточной информации для организации массо­вой продукции и оценки надежности различных компонентов еще нет.

Источником тепла для теплового насоса служит вода из сква­жины. В систему теплоснабжения вместе с теплотой конденсации теплового насоса поступает теплота охлаждения двигателя Стир­линга. Подземная вода несколько охлаждается, но больше ни в чем не изменяется и уходит обратно через другую скважину, где ее температура восстанавливается до первоначальной. В лабора­торных экспериментах исследуют также возможность использова­ния теплоты окружающего воздуха.

Отапливаемые дома имеют объем 470 м3 каждый. Их тепловые потери снижены путем дополнительной теплоизоляции стен, пола и крыши, а также двойного остекления. Каждый дом потребляет всего лишь 9,3 кВт при наружной температуре —10 °С. Такой же дом с обычной изоляцией потребляет около 20 кВт. Дома обору­дованы не только обычными радиаторами, но и греющими панеля­ми в полу, что позволяет подавать от теплонасосной системы тепло на двух относительно низких уровнях температуры (35 и 50°С). Теплонасосная установка смонтирована снаружи здания (рис. 5.27,а).

Тепловой баланс. Одноцилиндровый двигатель дизеля дает на валу мощность 5 кВт. Фактически он работал на природ­ном газе, но может использовать любое жидкое или газообразное топливо. Выхлопные газы имеют температуру 250 °С, они охлаж­даются сетевой водой примерно до 60 °С.

Как видно из рис. 5.28, в, около 55% сбросного тепла сгорания поступает непосредственно в систему отопления из системы охлаж­дения двигателя. Здесь не применяют промежуточный теплоноси­тель, а температура воды доходит до 55°С. Около 25% теплоты сгорания топлива преобразуется в двигателе Стирлинга в меха­ническую энергию, идущую на привод теплового насоса. Таким

Рнс. 5.27. Установка Фи­липса (о) с приводом теплового насоса от дви­гателя Стирлинга (б) в Голландии.

S —двигатель Стирлинга; Р — тепловой насос; R — комнатный радиатор; В — насос из скважины; G — нагревательная панель в полу; 1 — компрессор; 2 — конденсатор; 3 — испари­тель; 4 —- рабочее тело теп­лового насоса; 5 — сетевая вода отопления; 6 — вода из скважины.

Образом, полезное использование теплоты сгорания составляет 80%, остальное выбрасывается (см. рис. 5.28,в).

Количество тепла, подаваемого тепловым насосом за счет ис­пользования теплоты подземной воды; в 3—4 раза превышает по­требление механической энергии (КОП=3-М). Простой подсчет показывает, что КПЭ системы двигатель+тепловой насос ра­вен 1,4.

Теплопронзводительность системы регулируется изменением скорости двигателя от 750 до 3000 об/мин, что соответствует изме­нению тепловой мощности от 8 до 25 кВт. В этом состоит отличие системы от тепловых насосов с электроприводом или обычного центрального отопления, регулируемых путем включения — отклю­чения. Непрерывное регулирование этой системы повышает ее эф-

Фективность. Только когда тепловая нагрузка падает ниже мини­мальной для системы —8 кВт, ее регулирование переводится на включение — выключение при 750 об/мнн. При этом окружающая температура составляет около 8 °С.

Системы непрерывного регулирования тепловых насосов с элек­троприводом разрабатываются как в Англии, так и во Франции. Регулирование производится за счет изменения расходов хладо­агента при изменении скорости двигателя и изменением отверстия в дроссельном клапане. Известны попытки применения для систем управления микропроцессоров.

На рис. 5.28 сопоставлены потоки энергии в рассмотренной экс­периментальной системе с обычной котельной и тепловым насосом с электроприводом. Системы а и б допускают дальнейшие техни­ческие усовершенствования, но очевидно, что в сравнении с ними экспериментальная система в («Стирлинг» +тепловой насос) име - ■'ёт очень высокую эффективность. Она потребляет газа вдвое меньше, чем обычный газовый котел.

Следует отметить, что ее КПЭ близок также к предсказаниям для абсорбционного цикла и двойного цикла Ренкина.