Тепловые насосы

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТЕПЛА ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

В служебных зданиях теплонасосная система редко работает только в режиме охлаждения. Основная задача компрессорного оборудования в таких зданиях сложилась исторически как охлаж­
дение, необходимое либо по климатическим условиям, либо для отвода тепла внутренних источников — освещения, оборудования, персонала. Значительной холодильной нагрузки требуют вычисли­тельные центры в служебных зданиях. При этом, как правило, не учитывалось, что применяемая холодильная установка по природе своей является тепловым насосом. Несмотря на то что тепло, от­водимое от конденсатора холодильной установки, имеет относи­тельно низкую температуру, его полезное использование дает су­щественную экономию энергии.

Как уже неоднократно отмечалось, соотношение между тепло­той, отводимой от конденсатора, и потребляемой мощностью и для

Рис. 6.3. Схема использования избыточного тепла внутренних частей здания для обогрева его периметра.

1 — в обычной системе кондиционирования воздуха тепло, отведегтое от центральной части здания, теряется; 2 — в системе «Епегсоп» тепло, отведенное от центральной части, исполь­зуется для обогрева периметра здания.

Холодильника и для теплового насоса сильно зависит от разности температур испарения в конденсации. Эта зависимость определяет в [2] экономичную температуру воды после конденсатора холо­дильной машины в тех случаях, когда ее тепло полезно исполь­зуется. На рис. 6.2 показана зависимость мощности на тонну холо - допроизводительности от температуры воды после конденсатора при хладоагенте R22. Указано, что экономически оправданным яв­ляется уровень температуры 41—42 °С. В этом случае мощность, потребляемая компрессором, повышается незначительно по срав­нению с чисто холодильным режимом и в то же время появляется возможность не сбрасывать, а полезно использовать теплоту кон­денсации.

Наиболее известная реализация этой концепции продемонстри­рована на рис. 6.3. Здесь тепло от холодильной машины, охлажда­ющей воздух в центральной части здания, не выбрасывается, а
используется для обогрева комнат по периметру здания, в которых из-за остекления окон и дверей потери тепла повышены.

Схемы подобных установок приведены на рис. 6.4. В обоих слу­чаях тепло из центральной части здания поступает с помощью во­дяной системы охлаждения к испарителю, а далее с помощью хла-

1 — отопительный прибор; 2 — закрытая градирня; 3 — насос; 4 — конденсатор; 5 — охлаж­дающий прибор; 6 — испаритель; 7 — открытая градирня; 8 — сдвоенный конденсатор.

Доагента и компрессора эта энергия передается конденсатору. Полезное тепло с помощью сети нагретой воды передается в воз­душную градирню, причем используется либо сдвоенный конденса-

Т

Тор, либо два отдельных. Сдвоенный конденсатор показан на рис. 6.5, а схема с отдельными конденсаторами для отопления и сброса тепла в градирне — на рис. 6.6. В зимний период, когда од­новременно требуются и охлаждение и нагрев, часть сдвоенного

Конденсатора или второй конденсатор (ct. рис. б. б) работает tta отопление. Полезное тепло снимается либо специальными вентиля­торами, либо с помощью теплообменника в воздушном канале. Воздушная градирня, конечно, нужна и в этом режиме для отвода в атмосферу избыточного тепла. Схема на рис. 6.4, а с воздушной

Рис. 6.7. Схема перераспределения тепла.

/ — нагретый первичный воздух; 2 —свежий воздух; 3 — сброс воздуха; 4 — тепло от све­тильников н персонала; 5 — мотор и компрессор; 6—конденсатор; 7 — обработка первичного поздуха; 8 — градирня.

Градирней работает таким образом, что в режиме отопления вода от конденсатора минует градирню и подается в нагревательный прибор. Следует отметить, что не обязательно все сбросное тепло подавать в градирню, его можно использовать для нагрева воды или технологических целей с большой экономической выгодой.

Пример 1. Служебное здание в Англии использует два агреги­рованных охладителя воды с винтовым компрессором и сдвоенным конденсатором в теплонасосной режиме. Кроме того, используются обычный котел и воздушная градирня. Здание разделено на две секции. Каждая из них имеет свою установку для кондициониро­вания воздуха [2]. Предусмотрена возможность использования каждой из установок для одновременного обслуживания обоих зданий при поломке или ремонте одной из них. Отдаленные комна­ты обогреваются или охлаждаются с помощью доводчиков с вен­тиляторами, размещенных под окнами. Каждый модуль имеет тер­мостат на обратном воздухе и управляемый клапан, что позволяет индивидуальное регулирование местной температуры.

В этой установке обратный воздух из охлажденного центра зда­ния собирается в центральную установку обработки воздуха, а сбросный воздух из комнат и туалетов проходит через теплообмен­ник, отдавая тепло системе горячего водоснабжения. Ночью в зда­нии поддерживается температура 10°С. В начале рабочего дня температура быстро повышается до нормальной с помощью специ-. альной системы управления и бустерных нагревателей.

Каждая из двух установок в теплонасосной режиме имеет хо­лодильную мощность 805 кВт, охлаждающая вода с расходом 34,1 м/с снижает температуру от 11,5 до 5 °С. Вода в конденсаторе протекает с расходом 27,3 л/с и нагревается от 30 до 39 °С. При полной нагрузке потребляется электрическая мощность 240 кВт.

Пример 2. Установка, созданная в Англии на оборудовании фирмы Carrier. Это здание постройки 1969—1970 гг. (Управление энергосистемой Северного Уэльса). Здесь впервые создана полно­масштабная система кондиционирования с использованием тепла освещения. Внутри здания поддерживается температура 21 °С при изменении наружной температуры от 26,6 до —4°С. Следует отме­тить, чго охлаждение источников света повысило их световой КПД примерно на 13%.

Эта схема показана на рис. 6.7. Светильники охлаждаются воз­духом, отсасываемым из кондиционируемого помещения. Кроме того, используется тепловыделение от оборудования и людей в сле­дующей пропорции: от светильников 45, от другого оборудования 40, от людей 15%.

Нагретый воздух поступает по вертикальным каналам в центре здания к центральной установке обработки воздуха. Две холодиль­ные машины фирмы Carrier с центробежными компрессорами име­ют тепловую мощность 790 кВт, так что каждая из них может по­крыть всю тепловую нагрузку здания. Температура воды на входе и выходе из конденсатора 49—54, а температура испарения—око­ло 15°С. Теплота сбрасывается в атмосферу с помощью воздушной градирни. С целью локального управления отоплением применены индивидуальные нагревательные приборы в каждой комнате. Они подсоединены и к сети охлажденной воды, так что при работе в режиме охлаждения тепло из центральных 'помещений использует­ся для обогрева периферии здания. Котельная в этом здании не нужна. Ночью и в конце недели источником тепла служит тепловой аккумулятор. Теплота от обитателей и от освещения в это время не поступает.

Реже применяется возможная система использования тепла светильников с непосредственным водяным охлаждением. Она вполне пригодна для реконструкции зданий. Схема такой системы с водяным охлаждением светильников показана на рис. 6.8.