Альтернативные системы теплоснабжения с использованием тепловых насосов
В настоящее время поиск эффективных технологий использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) входит в круг интересов практически всех уровней властей. Использование энергии НВИЭ дает возможность экономить органическое топливо, снижать загрязнение окружающей среды, удовлетворять нужды потребителей, расположенных вдали от централизованных систем теплоснабжения, так и вблизи от них, снимая дефицит тепла при интенсивной застройке.
Один из реальных путей решения перечисленных задач – создание теплонасосных станций, предназначенных для отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования одновременно.
Тепловой насос (ТН) представляет собой устройство, позволяющее аккумулировать тепло низкопотенциальных источников тепла (НИТ), использующее эффект фазового перехода жидкостей в пар при низких температурах.
ТН состоит из испарителя, конденсатора, дросселирующего устройства, компрессора и привода компрессора. Как правило, привод компрессора – электродвигатель.
На рис. 7.1 приведена схема принципиального устройства парокомпрессионных ТН.
Рис. 7.1. Cхема принципиального устройства парокомпрессионных ТН
В испаритель поступает вода из низкопотенциального источника тепла (грунтовая, артезианская, речная, озерная, морская вода систем обратного водоснабжения и т. п.). За счет охлаждения этой воды в испарителе происходит процесс кипения хладона, пары которого поступают в компрессор, где происходит их сжатие с повышением температуры. Сжатые пары хладона затем конденсируются при высоких температурах и давлении, отдавая тепло воде системы отопления (+65 °С). Термодинамический цикл ТН завершается дроссилированием охлажденного жидкого хладона при помощи дроссельного клапана с последующим его возвратом в испаритель. Конструкция ТН исключает попадание фреона в водяные магистрали систем отопления, горячего водоснабжения и окружающую среду.
Эффективность работы ТН определяется соотношением полученной потребителем тепловой энергии к затраченной электрической и носит название коэффициент преобразования (КОП). Основными параметрами, определяющими величину КОП, являются температуры НИТ и системы отопления или горячего водоснабжения (ГВС). Так, при tнит=+8 °С и tотоп = +65 °С КОП = 3, т. е. на один киловатт затраченной электроэнергии потребитель получит 3 кВт тепла, т. е. две единицы тепла получены от НИТ.
Необходимо помнить, что при охлаждении воды на 1 °C выделяется 1.163 кВт тепла. В качестве НИТ могут использоваться: грунтовые воды, речная, морская вода, вода очистных сооружений, технологические воды промышленности, а также воздух и тепло земли непосредственно. При повышении температуры НИТ возрастает КОП.
Истинная же эффективность ТН заключается в том, что применение схемы теплоснабжения ТЭЦ (вырабатывающие электроэнергию и тепло) +ТН (получающий две единицы тепла от НИТ) позволяют государству сократить потребление первичного топлива (газ, мазут, уголь и т. д.) на 44 % соответственно снижается загрязнение окружающей среды.
Именно по этой причине общий объем продаж выпускаемых за рубежом ТН составляет 125 млрд долл. США, что превышает мировой объем продаж вооружения в три раза.
Сегодня ТН выпускаются с тепловой мощностью от 2 кВт до 200 мВт. Швеция, имеющая по сравнению с Нижегородской областью более суровые климатические условия, сегодня до 70 % тепла получают с помощью ТН.
Обычно положение дел в топливно-энергетическом комплексе связывают с электроэнергетической подсистемой. Однако по объему потребления энергетических ресурсов, по воздействию на окружающую среду подсистема теплоснабжения превосходит электроэнергетическую подсистему. Например, затраты топлива на нужды теплоснабжения в бывшем СССР в 1,7 раза превышали затраты на электроснабжение, а численность персонала, обслуживающего только малые котельные, превышало общее число работающих во всех других отраслях топливно-энергетического комплекса. Большинство традиционно применяемых котельных на твёрдом и жидком топливе имеют низкую энергетическую и особенно экологическую эффективность, необходимость в сложной и дорогостоящей транспортной инфраструктуре, обеспечивающей доставку энергоносителей, и характеризуются недостаточной надёжностью, являющейся причиной частых сбоев в теплоснабжении.
ТН, имеющие тепловую мощность до 50 кВт, работают полностью в автоматическом режиме.
ТН, имеющие тепловую мощность от 200 кВт до 1 МВт, требуют периодического контроля за состоянием механического крепежа и электроаппаратуры, и, как правило, достаточно иметь двух электриков-совместителей.
В Нижегородской области разработкой и производством ТН с 1996 г. занимается ЗАО «Научно-производственная фирма Тритон-ЛТД».
За прошедший период установлено несколько ТН различной мощности:
– ТН-24, тепловая мощность 24 кВт, отопление жилого дома площадью 200 м2. НИТ – грунтовые воды. Установлен в 1998 г. в селе Большие Орлы Борского р-на Нижегородской области. Имеется отзыв владельца дома.
– ТН-45, тепловая мощность 45 кВт, отопление комплекса административных зданий, складов и гаража, площадью более 1 200 м2 за счет НИТ от грунтовых вод. Установлен в 1997 г. Московском р-не, г. Нижний Новгород, владелец – ТОО «Символ».
– ТН-600, тепловая мощность 600 кВт. Отопление, ГВС гостиничного комплекса коттеджей, площадью более 7000 м2. – НИТ грунтовые воды. Установлен в 1996 г. в автозаводском р-не. Нижний Новгород. Владелец-ГАЗ. Отработал два отопительных сезона.
– ТН-139, тепловая мощность 139 кВт, отопление, ГВС производственного здания площадью более 960 м2, НИТ – грунтовые воды. Установлен в 1999 г. в Канавинском р-не, Нижний Новгород. Владелец – ГЖД.
– ТН-119, тепловая мощность 119 кВт, отопление, ГВС профилактория площадью более 770(м2), НИТ – грунтовые воды. Установлен в 1999 г., Борский р-н, Нижегородская область. Владелец – Центрэнергострой.
